程序性细胞死亡受体.1与其配体信号通路的调控及其 在头颈鳞状细胞癌治疗中的研究进展

　　程序性细胞死亡受体.1与其配体信号通路的调控及其 在头颈鳞状细胞癌治疗中的研究进展

　　毛璐，鞠侯雨，任国欣，

　　1.上海交通大学医学院附属第九人民医院口腔颌面头颈肿瘤科上海市口腔医学重点实验室/上海市口腔医学研究所国家口腔疾病临床研究中心上海200011;

　　2.潍坊医学院潍坊261053

　　[摘要] 肿瘤通过刺激免疫系统的抑制受体改变原有免疫反应，进行免疫逃逸。通过阻断T细胞抑制受体，阻断肿瘤的发生，为抗肿瘤免疫提供了潜在的治疗策略。已证实程序性细胞死亡受体一1(PD-1)/程序性细胞死亡配体一1　( PD-L1)能够通过抑制T细胞的活化、增殖及细胞因子的产生来负调控免疫应答，促进肿瘤逃逸。本文综述rPD-1/PD-L1信号通路的生物学特点及功能，并回顾了抗PD-1/PD-L1治疗头颈部肿瘤的研究进展。

　　[关键词】头颈部鳞状细胞癌;程序性细胞死亡受体;程序性细胞死亡配体;免疫检查点;免疫逃逸

　　[中图分类号] R 730.3 [文献标志码]A 【doi] 10.7518/gjkq.2018.05.011

　　Regulation of programmed death receptor-l and its ligand signalling pathway and its progress in the treatment　of head and neck squamous cell carcinoma Mao Luu, Ju Houyu~ Ren Guoxini. (1. Dept. of Oral and Maxillofacial　Head and Neck Tumor, The Ninth People's Hospital, School of Medicine, Shanghai Jiao Tong Univers'ity, Shanghai

　　Key Laboratory of Stomatology & Shanghai Research Institute of Stomatology, National Clinical Re.search Center of　Stomatology Shanghai 200011, China; 2. Weifang Medical University, Weifang 261053, China)

　　[Abstractl Tumours are closely related to the immune system, and they can escape immune surveillance by stimulating　immune inhibitory receptors, which can be blocked by the inhibitory receptors on the T cell. A potential strategy for　anti-tumour immune therapy can be developed based on the abovementioned fact. Programmed death receptor-l (PD-1)/　programmed death-ligand l (PD-L1) is a newly identified negative co-stimulatory pathway that promotes immune escape.　This review discusses the biological characteristics and functions ofPD-l/PD-Ll, as well as the application of PD-1/PD-L1　antibody in tumour therapy.

　　[Key words] head and neck squamous carcinoma; programmed death receptor; programmed death ligand; immune checkpoint; immune escape

　　肿瘤的免疫逃避机制是肿瘤细胞躲避机体疫系统攻击的方式，肿瘤细胞及机体免疫细胞通过表达许多免疫抑制通路相关蛋白，导致免疫细胞失能和凋亡，达到免疫逃避的目的[1]。程序性细胞死亡受体一1(programmed death receptor-l，PD-

　　1 程序性细胞死亡配体

      1( programmed death-ligand 1，PD-L1)信号通路的激活可以形成利于肿瘤存活的免疫微环境，使肿瘤细胞逃避免疫系统的监视和杀伤，在肿瘤的免疫逃避中具有重要作用[2-3]。目前，免疫检查点阻滞剂PD-1和PD-L1的抗体进入临床试验，用于头颈部肿瘤的治疗，未来可能成为头颈部肿瘤治疗的新方向。l PD-1/PD-L1信号通路及其生物学特点

　　1.1 PD-1/PD-L1概述

　　PD-1早在1992年采用削减杂交法研究可诱导性细胞程序性死亡时被发现，当时认为该分子与细胞死亡相关，因此称之为程序性死亡受体一1。后来的大量研究[a]表明，PD-1并非直接与细胞程序性凋亡相关，而是一个具有负向免疫调节功能的分子。PD-1属于免疫球蛋白CD28/B7超家族，为50—55 kD的I型跨膜糖蛋白，由类免疫球蛋白( immunoglobulin，Ig) GV的胞外段结构域、疏水性跨膜区以及胞内段组成。胞内段含有2个酪氨酸残基，分别为N端的免疫受体酪氨酸抑制基序( immunoreceptor tyrosine-based inhibitory motif,1TJM)和C端免疫受体酪氨酸转换基序(immuno-receptor tyrosine-based switch motif, ITSM).ITSM磷酸化后能够募集SHP-1和SHP-2并使其磷酸化，负性调节Toll样受体(Toll like receptor，TCR)信号。编码人类PD-1的基因PDCD1位于2号染色体，包含5个外显子[5]。PD-1由于近膜侧缺少半胱氨酸残基而不能二聚化，因此通常以单体形式存在，其主要在T细胞、B细胞、天然杀伤细胞、单核细胞、树突状细胞广泛表达[6]。PD-1有2个配体，分别为PD-L1和PD-L2，同样也都属于B7免疫球蛋白超家族[7]。PD-L2仅表达于抗原呈递细胞( antigen presenting cell)，PD-L1广泛表达于T细胞、B细胞、单核细胞、树突状细胞、上皮细胞以及肿瘤细胞表面，并且在促炎症因子干扰素( interferon，IFN)1，和白细胞介素( interleukin，IL).4的刺激下，通过信号转导和激活因子( signal transducers and activators of trans-cription，STAT)1和干扰素调控因子(interferon regulatory factor，IRF)1这2个信号通路上调表达[8]。人类编码PD-L1的基因位于9号染色体，包含7个外显子，每个外显子都编码PD-L1的一个组成单元。与其他B7免疫球蛋白超家族类似，PD-L1在人体体液循环中也存在可溶性的形式，主要由髓系细胞分泌，包括单核细胞、巨噬细胞以及树突状细胞。但有趣的是，T细胞并不能分泌可溶性的PD-L1，甚至已经激活的T细胞也不能分泌[9]。可溶性PD-L1仅保留了可变区的与受体结合的结构域，但也能与T细胞表面的PD-1结合并发抑制T细胞杀伤效应的功能。目前的相关研究通常认为，可溶性PD-L1在老年人中表达增高，并且血液中的可溶性PD-L1升高与乳腺癌和弥漫大B淋巴瘤的转移和预后差相关。

　　1.2 PD-1/PD-L1信号通路

　　PD-1是与PD-L1和PD-L2结合发挥免疫抑制作用，其发挥作用的主要机制是由于PD-1/PD-L1信号通路激活后能抑制TCR及其共刺激分子。当激活的T细胞表面的PD-1与PD-L1结合后，PD-1胞内段ITSM发生磷酸化而激活，磷酸化的JTSM募集胞内的SHP-2分子。SHP-2是一种酪氨酸磷酸酶，可以使TCR相关的CD-3<和ZAP70去磷酸化，进而抑制其下游信号通路，包括：1)抑制Ras和Bcl-xL，从而抑制T细胞的增殖与存活能力;2)上调碱性亮氨酸拉链转录因子( basic leucine zip-per transcription factor.BATF)，从而损伤T细胞的效应功台旨，使T细胞失能;3)阻断磷脂酰肌醇3-激酶(phosphatidyl inositol 3-kinase,P13K)和蛋白激酶B( protein kinase B，PKB，Akt)的活性，下调哺乳动物雷帕霉素靶蛋白( mammalian target of rapamycin)表达的同时上调叉头盒蛋白O( forkhead box protein O)1，使PD-1信号持续增强;4)抑制T细胞糖酵解代谢，促进T细胞的脂肪酸氧化过程;5)促进IL-2分泌，抑制免疫效应c[1]。终，使已经激活的T细胞达到一种“耗竭”的状态，对肿瘤的杀伤能力大为降低。调节性T细胞( regulatory T cell)能促进肿瘤微环境中免疫逃逸的形成，抑制细胞毒性T细胞( cytotoxic T cell)的杀伤效应。PD-L1在诱导肿瘤微环境中的调节性T细胞的分化、成熟中可能也起了重要作用[1 2]。PD-L1不仅仅表达于抗原呈递细胞，同时在许多非造血组织中表达，使其具有调控调节性T细胞分化、成熟的条件。PD-1/PD-L1信号通路的激活能够下调Akt、mTOR、S6和细胞外调节蛋白激酶( extracellular regulated proteinkinases，Erk)2的表达一E调10号染色体缺失的磷酸酯酶和张力素同源物( phosphatase and tensin homolog deleted on chromosome ten, PTEN)的表达，而之前的研究表明，Akt是调节性T细胞分化、成熟强有力的抑制信号f，3J。

　　1.3 PD-1/PD-L1信号通路的调控 .

　　1.3.1 PD-1表达的调控PD-1/PD-L1信号通路的调控涉及一个复杂的网络。在反复的肿瘤抗原刺激后，转录因子T-bet表达下降，而T-bet能直接抑制PDCD1基因的表达，因此随着T-bet的下降，PDCD1基因的转录加强。作为转录因子的细胞质中活化T细胞核因子( nuclear factor of activatedT-cell，cytoplasmic，NFATc).1能进入细胞核，通过与启动子结合直接促进PDCD1的表达;而转录因子Blimp-l不仅能够通过与启动子结合抑制PDCD1的表达，还能抑制NFATc-l的作用间接抑制PDCD1的表达[14]。当T细胞激活后，细胞内NFATc-l上升，Blimp-l下降，从而介导T细胞表面PD-1的表达卜升[.5]。Fox01也是一个重要的转录调控因子，通过与启动子结合增强PD-1的转录，而PD-1信号的激活又能抑制Fox01的降解，从而形成一个正反馈的环路[16]。另外，一些细胞因子如IL-6、IL-12分别通过转录因子STAT3、STAT4与PDCD1基因的远端调控元件提高PD-1的表达，激活PD-1信号通路。

　　1.3.2 PD-L1表达的调控PD-L1的表达受许多细

　　胞因子的调控，IL-2、IL-7和IL-15能上调单核细胞、巨噬细胞以及T细胞表面PD-L1的表达，IFNy、粒细胞一巨噬细胞集落刺激因子(granulo-cyte-macrophage colony stimulating factor, GMCSF)和IL-4能同时提高巨噬细胞表面PD-L1和PD-L2的表达。IFN丫的下游信号通路则是通过IRF-1与PD-L1基因的启动子结合【1 7]。在肿瘤细胞中，由于抑癌基因PTEN的缺失，PI3 K/Akt信号通路被激活，从而使PD-L1的表达水平上升【㈨]。与此相类似的是，有报道称在表皮生长因子受体( epidermal growth factor receptor，EGFR)突变的肿瘤中，肿瘤细胞表面的PD-L1表达上升，这预示着EGFR有可能也参与了PD-L1的表达调控[.9]。另外有报道[zo]称，应用丝裂原活化蛋白激酶( mitogen-activated protein kinase，MAPK)信号通路的抑制剂能改善恶性黑色素瘤患者的生存率，这表明MAPK信号通路可能也参与了肿瘤细胞PD-L1的表达调控。实体肿瘤微环境中一个显著的特点就是缺氧，这将会诱导低氧诱导因子( hypoxia inducible factor，HIF) -la的产生。HIF-la能够结合于PD-L1基因的启动子，进而导致肿瘤微环境中的髓源性抑制细胞( myeloid derivedsuppressor cell)、巨噬细胞、树突状细胞表面的PD-L1表达上升[21J。微小RNA( micro RNA，mi-RNA)在PD-L1表达的调控中也有着重要的作用，有研究[22-23]表明miR-200、miR-513能够降解PD-L1的转录本，从而抑制PD-L1的表达。2 PD-1/PD-L1在头颈部鳞状细胞癌中的临床意义鉴于PD-1/PD-L1信号通路在肿瘤的免疫逃逸及其在肿瘤治疗中的重要意义，免疫检查点分子PD-1/PD-L1在头颈部鳞状细胞癌中的临床意义也得到了广泛研究。Hsu等[：一1分析了46例鼻咽癌，结果显示PD-1在CD4+或CD8+T细胞中高表达，预示着较差的总体生存率和无瘤生存期以及更高的局部复发可能。Badoual等[2510研究了PD-1在人乳头瘤病毒( human papillomavirus, HPV)阳性的头颈部鳞状细胞癌中的表达情况，结果显示，肿瘤浸润淋巴细胞(tumor infiltrating lymphocytes)中更高的PD-1表达预示着显著提升的患者总体生存率。然而对于头颈部鳞状细胞癌中PD-L1的表达与预后的关系，不同的报道却显示了完全不同的结果。Ukpo等[zs]分析了口咽部鳞状细胞癌组织后发现，PD-L1的表达高低与淋巴结转移、TNM分期、总体生存率、无瘤生存期以及局部复发率问并无明显的相关关系，但与远处转移率有微弱的相关(P=0.06)。Cho等[z.]研究了45名患者的口腔鳞状细胞癌组织PD-L1的表达情况，结果表明PD-L1的表达与相应的临床病理学指标以及总体生存率之间并无明显的相关性，但在肿瘤直径小于4 cm的鳞状细胞癌组织中，中分化鳞状细胞癌组织的PD-L1表达明显高于高分化鳞状细胞癌组织。但2项鼻咽部鳞状细胞癌的研究[zs J显示，PD-L1的表达高低与区域淋巴结转移、TNM分期相关，但与肿瘤直径无关。研究的结果不一致可能与PD-L1的表达易受检验试剂、检验方法、肿瘤样本质量、肿瘤类型及肿瘤异质性等因素影响有关。因此，目前PD-L1表达水平能否作为预后指标尚未得到一致肯定，有待研究进一步证实。有研究[29]表明，PD-L1的表达可能与头颈部鳞状细胞癌免疫治疗的疗效相关。包括头颈部鳞状细胞癌在内的多种类型的肿瘤的I期临床试验提示，抗PD-L1的免疫治疗中患者肿瘤内PD-L1高表达会有更高的反应率。在MED14736的I期/Ⅱ期临床试验[30-31]也观察到，PD-L1高表达的头颈部鳞状细胞癌患者较低表达或阴性表达患者的客观有效率( objective response rate，ORR)更高，PD-L1阴性患者ORR约为12%，PD-L1阳性患者ORR高达25%;常见的不良反应是疲劳、腹泻和恶心，发生3级以上不良反应的患者占7%，无药物相关性死亡。因此，PD-L1预测免疫治疗疗效有待于Ⅲ期临床试验进一步验证。

　　3 PD-1/PD-L1在头颈部鳞状细胞癌中的临床应用

　　前景

　　Nivolumab是全人源性PD-1的IgG4类单克隆国际【『腔医学杂志第45卷5期2018年9月 www.gj kqyxzz.cn抗体，能够高亲和力地结合PD-1，阻断PD-1与其配体PD-L1、PD-L2的结合，现已被美国食品药物管理局批准用于鳞状细胞肺癌的二线治疗[，2】。Pembrolizumab(MK-3475)是高亲和力抗PD-1人源化IgG( kappa)单抗，已经在60例晚期头颈部鳞状细胞癌患者中完成了临床I期安全性和疗效评价，常见的不良反应为乏力、皮疹、瘙痒和腹泻等，大多数不良反应为较低等级。总体反应率(部分缓解或完全缓解)接近20%，而且在HPV阳性与阴性患者中无明显差异【s 3】。一组应用Nivolumab治疗铂类耐药的复发/转移性头颈部鳞状细胞癌患者的临床Ⅲ期试验[34]显示，接受Nivolumab治疗的治疗组的客观缓解率(13.3%)、完全缓解率(2.5%)及部分缓解率(10.8%)均明显高于对照组(5.8%、0.8%、5.0%)，1年生存率也有了较大的提高(36%对17%)。同时，研究者发现Nivolumab的总生存期(overall survival)获益在PD-L1表达阳性患者中更明显，但与PD-L1的表达水平或p16是否突变无关。相较于对照组，Nivolumab治疗相关不良反应更小，患者报告结局( patient report outcome)稳定，而对照组患者功能显著丧失并且症状较前加重。在另一项应用Pembrolizumab治疗铂类/西妥昔单抗治疗失败的复发/转移性头颈部鳞状细胞癌的Ⅱ期临床试验中，Pembrolizumab的总体反应率为17%—18%，总生存期为8个月，目前该项目已转入Ⅲ期临床试验，将在大样本多中心的临床试验中进一步验证，Pembrolizumab是否可以使患者获得比传统化学治疗相比更多的临床获益。

　　MPDL3280A是带有Fc片段的抗PD-L1全人源IgGl类单抗，能通过抑制抗体依赖细胞介导细胞毒性作用(antibody-dependent cell-mediatedcytotoxicity)效应来规避高表达PD-L1的活化T细胞的细胞毒性效应。MPDL3280A能阻断PD-L1与PD-1的结合。1项在晚期头颈部鳞状细胞癌患者中开展的I期临床试验Dil的结果表明，MPDL3280A对14%的晚期头颈部鳞状细胞癌患者有效，肿瘤组织表达PD-L1的患者对MPDL3280A的反应率为24%。以一卜-数据表明，抗PD-1/PD-L1的单克隆抗体具有良好的抗肿瘤效应。抗PD-1/PD-L1的抗体相对安全，不过由潜在的免疫反应引起的药物不良反应也有发生，其中间质性肺炎较常见。由于肿瘤部位高表达PD-L1的抗原呈递细胞同样也在正常肺组织分布，提示局部性肺炎可能是由抗PD-1抗体引起的。

　　4结语

　　综上所述，PD-1/PD-L1作为B7-CD28超家族的一个负性共刺激信号调控途径，在恶性肿瘤的发生、发展、治疗及预后中发挥着重要作用，因此PD-1/PD-L1信号通路的阻断在头颈部鳞状细胞癌治疗中的应用受到了广泛的重视。免疫检查点阻滞剂迅速、持久、有效的药物反应以及明显的生存获益具有里程碑式意义，为头颈部鳞状细胞癌的免疫治疗奠定了坚实的基础，也促进更多的基础及临床试验的扩展、深入。同时，PD-L1的预后和预测价值尚不明确，作为生物标记物还有待商榷。因此，探索肿瘤和机体免疫之间的关系、肿瘤微环境与疗效的关系，从而寻找稳定的生物标记物，筛选肿瘤免疫治疗优势人群，使治疗个体化、优化，这是未来亟须解决的问题;免疫治疗作为肿瘤治疗的新方向，已经成为头颈部鳞状细胞癌综合治疗的重要组成部分，如何确立在不同阶段头颈部鳞状细胞癌的适应汪及与其他免疫治疗联合具有重要的临床意义。

　　5参考文献

　　[1] Li Y, Li F, Jiang F, et al. A mini-review for cancer　immunotherapy: molecular understanding of PD-1/　PD-LI pathway & translational blockade ofimmune　checkpoints[J]. Int J Mol Sci, 201 6, 17(7): 1 ! 5 1.

　　[2] Hawkes EA, Grigg A, Chong G. Programmed cell　death-l inhibition in lymphoma[Jl. Lancet Oncol,　2015, 16(5): e234-e245.

　　[3] Luke JJ, Ott PA. PD-1 pathway inhibitors: the next　generation ofimmunotherapy for advanced melanoma[Jl Oncotarget, 2015, 6(6): 3479-3492.

　　[4] Dai S, Jia R, Zhang X, et al. The PD-I/PD-Ls pathway　and autoimmune diseases[J]. Cell Immunol, 2014.290(1): 72-79.

　　[5] Mamalis A, Garcha M, Jagdeo J. Targeting the PD-1　pathway: a promising future for the treatment of me-　lanoma[J]. Arch Dermatol Res, 2014, 306(6): 51 1-519.

　　[6] Calles A, Liao X, Sholl LM, et al. Expression ofPD-　1 and its ligands, PD-L1 and PD-L2, in smokers and　never smokers with KRAS-mutant lung cancer[J]. JThorac Oncol, 2015, 10(12): 1726-1735.

　　[7] Dong H, Strome SE, Salomao DR, et al. Tumor-　associated B7-Hl promotes T-cell apoptosis: a po-　tential mechanism of immune evasion[J]. Nat Med,　2002, 8(8): 793-800.

　　[8] Suzuki S, Ishida T, Yoshikawa K, et al. Current status　ofimmunotherapy[J]. Jpn J Clin Oncol, 2016, 46(3):　191-203