“拯救”T细胞——解除PD
孙惠川 教授
复旦大学肝癌研究所副所长
复旦大学附属中山医院肝脏外科副主任
中国抗癌协会肝癌专委会秘书长、常委，青委会主任委员
中国抗癌协会肿瘤转移委员会副主任委员
中国医师协会肝癌专业委员会常委
上海市肿瘤靶分子学会副主任委员
上海市优秀学术带头人、上海市领军人才
免疫疗法自诞生以来，在肿瘤治疗上表现出了巨大潜力，在此基础上的药物研发更是开展得如火如荼。然而从现有的临床研究数据来看，同类药物在同一治疗领域的表现并不一致，这可能与药物的结构和作用特性差异有关，例如在PD-1抑制剂阻断效果方面，就有结构类型、抗体亲和力、抗体结合面积等多个影响因素。此外，关于PD-1抑制剂的作用机制，一直以来存在认知局限——阻断T细胞外PD-L1和PD-1的结合即可恢复T细胞的功能。最新的基础研究结果已经揭示：在肿瘤抗原的刺激下，T细胞表面PD-1蛋白表达会随之上调，随着PD-1对T细胞的抑制作用逐渐递增、累积，最终将导致T细胞“耗竭”或耐药。单纯在细胞外阻断PD-1信号通路只能使T细胞功能部分正常化，在此基础上对胞内的信号通路转导进行干预，才有可能实现T细胞功能的完全正常化。因此，决定PD-1抑制剂疗效的不仅仅是对PD-1通路的阻断效果，还应包括逆转T细胞表面的PD-1表达上调，双管齐下、内外夹击。
认知偏差
——PD-1抑制剂阻断效果与疗效不匹配
众所周知，T细胞表面表达PD-1，与正常细胞表达的PD-L1结合时，可产生免疫耐受，避免误伤正常细胞，而肿瘤细胞也能表达PD-L1，形成伪装，从而产生“免疫逃逸”（图1）。因此阻断PD-1与PD-L1的结合可重新激活免疫系统，杀灭肿瘤细胞，这也是PD-1抑制剂问世的理论基础和初衷。
图1 肿瘤细胞免疫逃逸
PD-1抑制剂依赖与抗原的特异性结合发挥作用，在最理想的情况下，抗体与抗原的结合力越强则发挥的效能越大。有多个因素可以影响PD-1抑制剂的阻断能力，例如抗体类型、抗体结构的稳定性、亲和力、抗原结合面积等。
IC50是单抗亲和力的主要评价指标之一，代表PD-1抑制剂阻断PD-1与PD-L1结合的能力，理论上IC50数值越低，药物阻断能力越强。那么阻断能力越强，代表药物的临床疗效越好吗？事实似乎并不是这样，从现有PD-1抑制剂报道的IC50和临床疗效数据来看，二者之间并没有明确的对应关系，这提示我们，影响PD-1抑制剂治疗效果除了阻断作用之外，一定还存在其他作用模式。
向内探索
——PD-1对T细胞存在持续性抑制作用
一直以来，人们对PD-1抑制剂的机制研究主要集中在T细胞外的抗原-抗体结合部分，但T细胞内的结构和信号转导机制则如海平面下的冰山，等待我们去探索和发现。2011年，《自然免疫学》（Nature Immunology）发表的一篇综述性文章指出：在抗原持续刺激下，T细胞在肿瘤抗原持续刺激下，表面PD-1表达会逐渐上调；2020年，《自然》（Nature）最新研究发现：PD-1蛋白存在即对T细胞产生抑制作用，PD-1抑制剂即使阻断了PD-L1与PD-1的结合，也不能完全解除PD-1蛋白对T细胞持续性的抑制作用。海平面下的冰山渐渐露出轮廓——要将T细胞从PD-1的双重抑制中“解救”出来，恢复对肿瘤细胞的杀伤功能，药物需要从细胞内外“双管齐下”——既要稳定、高效地阻断胞外PD-1和PD-L1结合，又要通过诱导T细胞表面PD-1内吞、下调PD-1表达等作用，从而恢复T细胞正常功能活性，持续发挥抗肿瘤的免疫反应。
结构决定功能
——占据机制“高点”，锁定决胜优势
PD-1抑制剂的结构是其功能的基础。大多数治疗性抗体都是IgG，IgG由两条轻链和两条重链组成，每条链又可分为恒定区（CH/CL）与可变区（VH/VL），这是抗体最基础的结构。在此基础上，每个可变区内又存在三个短多肽链形成的互补决定区（CDR），可以特异性的与PD-1进行结合，决定了抗体的特异性、抗原结合能力和结合强度。
药用抗体的制备需跨越很多障碍，首先，异源性抗体会被人体免疫系统识别并攻击，因此需要进行人源化处理，降低免疫源性，最初的嵌合抗体是将小鼠抗体的可变区和人类抗体的恒定区相连接，以降低其免疫原性；现代的抗体制备技术已经有了很大的飞跃，人源化抗体的替换程度已经精细到CDR，引发不必要免疫反应的风险极大降低。其次，IgG有IgG1、IgG2、IgG3 和 IgG4四种亚型，特点各不相同。IgG1和IgG3可介导抗体依赖的细胞毒性（ADCC）、补体依赖的细胞毒性（CDC）以及抗体依赖性细胞吞噬（ADCP），因此不适合作为T细胞表面抗原PD-1的抗体，IgG2和IgG4亚型主要发挥阻碍或抑制作用，但IgG2主要结合糖类抗原，因此IgG4亚型是制备抗体的最佳类型，也是目前国际主流PD-1抑制剂的抗体类型。第三，IgG4的两个识别抗原的可变区会发生交换，进而影响抗体结构的稳定性，降低疗效，因此，需增加抗体结构的稳定性。科学家们发现，将IgG4恒定区的第228位氨基酸从丝氨酸换成脯氨酸，就可以阻止IgG4抗体之间的可变区交换，从而确保抗体的稳定性（图2）。第四，PD-1的糖基化可能影响抗体与PD-1的结合，进而影响疗效，因此PD-1抑制剂应尽量避免与PD-1的结合在糖基化位点上，令结合力不受PD-1糖基化修饰的影响。
具备上述结构特点的PD-1抑制剂，在抑制PD-L1与PD-1结合方面无疑“更胜一筹”，但要在疗效上进一步“脱颖而出”，则要在其他方面表现出更多惊喜——例如通过下调T细胞表面PD-1表达等，拮抗胞内抑制信号，恢复T细胞正常功能。
图2 主流PD-1 抗体类型结构稳定
特瑞普利单抗是我国首个自主研发的肿瘤免疫治疗药物PD-1单抗，作用机制研究揭示其同时具有双重作用机制：一是阻断PD-1与PD-L1结合，可避免肿瘤细胞产生免疫逃逸；另一方面强劲诱导T细胞表面的PD-1内吞，恢复T细胞活性（荧光标记的特瑞普利单抗，与膜表面PD-1结合后，共同内吞至T细胞内）。2018年12月17日，特瑞普利单抗被国家药品监督管理局批准用于既往接受全身系统治疗失败的不可切除或转移性黑色素瘤的治疗，成为首个上市的中国自主研发的国产PD-1抑制剂。在肝内胆管癌中，由复旦大学附属中山医院周俭教授团队牵头的特瑞普利单抗联合仑伐替尼和GEMOX化疗方案治疗晚期不可切除肝内胆管癌II期临床研究显示，以特瑞普利单抗为基础的联合治疗肝内胆管癌有效率达80%，显著提高临床疗效。在晚期肝癌中，一项来自广州中山大学肿瘤防治中心石明教授团队的回顾性分析显示，特瑞普利单抗联合仑伐替尼和HAIC对比仑伐替尼单药治疗晚期肝癌有效率显著提高：59.2% vs 9.3%（RECIST 1.1），获得更长的PFS（11.1个月 vs 5.1个月，p<0.001）和OS（未达到 vs 11个月，p<0.001）。由海南医学院附属第二医院林海锋教授团队牵头的特瑞普利单抗联合安罗替尼一线治疗不可切除肝癌II期临床研究初步结果显示，有效率达25%（mRECIST）。由复旦大学附属中山医院樊嘉院士牵头进行的特瑞普利单抗用于肝癌术后辅助治疗的研究也在进行中。
总之，决定PD-1抑制剂临床疗效的因素非常复杂，远不是阻断效果一个指标所能决定的。随着我们对PD-1/PD-L1通路研究的不断深入，我们会愈加清晰地预估具有哪些结构特征的PD-1抑制剂能走得更远，在临床疗效上“更上一层楼”。
参考文献：
J. Zhou, et al. 2020 ESMO e-poster 56P.
Zhi-Cheng Lai,et al. 2020 ESMO Asia Abstract 172P.
Haifeng Lin，et al. 2021 ASCO GI Abstract 314.