PD-1和PD-L1抗體在癌症治療中的現狀與未來

本文轉載自「生物製品圈」。

隨著近期PD-1/PD-L1軸阻斷作用於實體瘤試驗的成功，免疫療法在癌症治療中已升至中心地位。程序性死亡受體-1或DP-1是T細胞上的檢查點分子，在正常人體中，對限制適應性免疫、阻止自身免疫與自身炎性反應起著重要作用。在本文中，我們將簡短概括支持開發PD-1/PD-L1阻斷劑的科學背景，然後描述這類抗體在各組織中從治療黑色素瘤和肺癌到非常見癌症的軌跡記錄，以及可協助篩選病患的生物標記物。

背景介紹

PD-1或程序死亡-1在1992年首次作為基因被發現並進行了克隆，其可轉錄誘導T細胞程序化死亡。隨後發現在激活的T、B和骨髓細胞上表達，其胞漿區含有一個免疫受體絡氨酸抑制基序。敲除PD-1基因的鼠會出現狼瘡樣風濕病和血管球性腎炎，隨著鼠齡增長出現IgG3為主的沉積，與狼瘡MRL鼠報道類似。MRL狼瘡鼠由lpr突變導致發病加速和癥狀嚴重。當2C-TCR（抗H-2Ld）轉基因鼠在H-2b/d背景下PD-1基因缺失的純合子體中,出現慢性植體抗宿主疾病。由此顯出PD-1是一個T細胞分子，可限制T細胞活性、抑制增殖和提升耐受性。PD-1由休眠T細胞低水平表達，也發現一些慢性傳染病動物模型中被研究者稱為「耗竭」的T細胞表達。在各類上皮癌、血液癌和其他惡性腫瘤的患者循環系統中存在高水平的PD-1。且腫瘤浸潤性淋巴細胞，包括T細胞，具有腫瘤抗原特異性，推測可能由於慢性抗原刺激導致。這些腫瘤相關PD-1表達的效應細胞是功能障礙型，其生物學功能可以通過PD-1或PD-L1阻斷抗體部分恢復。PD-1受體的配體為PD-L1和PD-L2，配體分子均在抗原提呈細胞中發現。其中PD-L1常在上皮癌或其他類型癌細胞中表達，產生腫瘤微環境對T細胞的抑制作用。由於PD-L1在腫瘤微環境中的高表達，導致浸潤T細胞產生γ干擾素。腫瘤細胞誘導PD-L1的表達可能是種適應抵抗機制，腫瘤細胞對發展中的抗腫瘤免疫應答的一種反應。

另外，在神經膠質瘤中抑癌蛋白PTEN減少與PD-L1表達的增加密切相關，而乳腺癌細胞中更是3倍量的減少。PD-L1還可以通過像浸潤免疫細胞分泌γ干擾素一樣的內在致癌途徑上調錶達。PD-1和PD-L1是由腫瘤微環境中不同細胞成分表達，它們相互作用可以抑制T細胞免疫。PD-L1與PD-1相遇後可導致T細胞的凋亡，不應答，「耗竭」和分泌白介素10。PD-L1的表達可以保護分泌它的癌細胞免遭CD8+T細胞介導的溶解作用。除了與PD-1相互作用外，在鼠模型中發現PD-L1還可和CD80相互作用。激活的T細胞和抗原提呈細胞（ACPs）可表達CD80，在遇有PD-L1時起受體和抑制信號遞質的作用。也發現PD-L1可作為受體「反」傳遞信號至T細胞和腫瘤細胞，從而影響這些細胞的存活，其機制暫未確定。最後，PD-1和PD-L1可有T調節細胞表達並控制它們功能，且天然免疫因素如NKT細胞可能也參與PD-1/PD-L1迴路。因此，PD-L1既可以作為配體又可以作為受體執行免疫調節功能。依據這些信息，開發抗體干擾和阻止PD-1和PD-L1間相互作用看上去是合適的（表 1）。

PD-L1表達和腫瘤微環境

預測腫瘤對PD-1阻斷劑的反應依然是個挑戰。明顯的，預先存在的抗腫瘤免疫中抗原特異性CD8+T細胞受PD-1/PD-L1負調控，所以PD1阻斷劑對此有療效。用免疫組織化學法評估PD-L1表達是一種預測腫瘤對PD-1阻斷劑反應貌似不錯的生物標記法。然而，無論對腫瘤細胞上還是浸潤免疫細胞上的PD-L1的表達進行評估，在用免疫組織化學法進行測量是一種存在高度變異性、異質性和動態標記法，這固有屬性導致其在預測PD-1/PD-L1阻斷劑效應時的局限。

另外，PD-L1表達細胞在腫瘤微環境的位置也重要。在一項黑色素瘤的研究中，利用pembrolizumab進行治療，連續採集腫瘤樣本發現在有反應患者中腫瘤內CD8+T細胞出現擴增。這些患者中的預治樣本顯示錶達PD-1和PD-L1的CD8+T細胞在浸潤邊緣，該情況也在隨後的基於CD8表達預測模型的另一個獨立15名病患的隊列中得到驗證。雖然如此，3種免疫組織化學法檢測PD-L1表達的方法最近被FDA批准用於指導治療尿路上皮癌、黑色素瘤和非細小細胞肺癌方案的確定，每個用不同的方法，不同的閾值篩選PD-L1過量表達。其他的如Ventana SP263方法也正在開發，這個是隨durvalumab（Astra Zeneca/Medimmune）一起被研製的（表 2）。除了技術的挑戰和PD-L1表達檢測方法的不同外，每種方法看似顯示出表達與反應的關係。在許多腫瘤細胞中，真正PD-L1陽性的腫瘤細胞數量比例可能很低；在BMS試驗被定義為DAKO陽性中就5%或多些。PD-L1免疫組織化學法比較藍圖項目（The Blueprint PD-L1 IHC Assay Comparison Project）是四家葯企（AstraZeneca PLC阿斯利康，Gaithersburg蓋瑟斯堡，MD馬里蘭州；Bristol-Myers Squibb Company百時美施貴寶公司；Genentech，Inc.基因泰克和Merck & Co. Inc.默克）和兩家診斷公司（Agilent Technologies Inc.安捷倫/Dako Corp達科， Carpinteria卡平特利亞, CA加利福利亞和Roche羅氏/Ventana Medical Systems, Inc本塔納醫療系統, Mountain View芒廷維尤, CA加利福利亞）開展的主要合作，比較和發現每個他們的PD-1/PD-L1 IHC方法的特徵以期進行調和。該項目I期情況在2016年AACR年會上進行了展示，關注在一個非小細胞肺癌病患小隊列中調和PD-L1表達檢測方法的可行性，並顯示已經臨床驗證且檢測方法間具有可調和性。II期將需要較大努力就最近的發現進行驗證。雖然如此，PD-L1表達與對PD-1/L1靶向治療反應的關聯性還是較高的，PD-L1陰性不能排除反應，所以在臨床上應用受限因為現今無法排除治療無反應的病患。

表 2 PD-L1免疫組織化學分析法

TC腫瘤細胞膜，IC浸潤免疫細胞

非T細胞炎性腫瘤（即「冷」腫瘤）基本不對PD-1/L1阻斷劑起反應，所以了解驅動免疫排除的機制對於開發選擇性的治療策略很重要。一個重要的人黑色素瘤樣本初步研究顯示，WNT/b-catenin信號通路的激活與T細胞基因表達信號的缺失相關聯。在自發性小鼠黑色素瘤模型中發現，WNT/b-catenin信號看上去是腫瘤固有的，用來調節抗PD-L1和CTLA-4治療抗性的。一個γ干擾素基因信號的改變看上去對決定PD-1阻斷劑抗性很重要，且PTEN表達缺失也與檢查點抑制劑抗性有關。類似的機制也掌控著尿路上皮癌的抗性，預示著免疫排除的普遍通路，其中許多可以靶向定位，除了β-catenin外如FGFR3，證實在臨床上需要進一步的調查。

突變負荷和新生抗原

體細胞在腫瘤基因組中的變化，如突變、重排、插入和刪除變化，可能導致具有編碼突變蛋白的能力（新抗原），從而被宿主的免疫系統識別併產生抗腫瘤免疫。涉及許多產生免疫原性新抗原的機制。包括與MHC的多肽結合域新生的親和力，形成新的TCR接觸殘基，或蛋白體剪切位點的改變導致MHC提呈過程更為高效或導致產生本不會表達的新的多肽，這些都會通過任何基因組損傷產生，無論是功能性或傳遞性的事件。因此，總體評估腫瘤中基因組穩定性的突變負荷，可以預測新抗原發展情況，且腫瘤抗原特異性T細胞有很大可能性地產生。突變負荷與對免疫檢查點抑制劑有反應間的關係，在ipilimumab治療晚期黑色素瘤中首次被發現。後續研究顯示對PD-1和PD-L1阻斷劑有高反應率的腫瘤中具有極高的突變負荷（黑色素瘤、NSCLC、SCCHN，胃癌和大多數近期的尿路上皮癌）。相比較，具有相對極低突變負荷的腫瘤對PD-1阻斷劑的反應率也極低。尤為顯著的是胰腺和前列腺癌，雖然在腫瘤亞型中有許多各種變異密度（高達2個數量級）本指望有異常反應的。將突變負荷作為一種臨床上指導PD-1治療的有用的生物標記物的挑戰在於鑒別出可確證排除不合適治療的特定病患的大量終止，而這卻受限於現有的分析手段。

另外，新抗原性以外的宿主或腫瘤因子對預測治療反應可能同樣的重要。其他包括CD4+細胞對腫瘤新抗原的反應中所起角色和宿主T細胞庫這些額外的變數需要考慮。最近數據顯示腫瘤內部表達多種檢查點如PD-1和CTLA-4的T細胞的表型可能與治療結果相關。表觀基因機制可能對突變抗原和非突變自身抗原的表達進行調控，腫瘤微環境的異質性是能成功進行免疫治療的獨特挑戰。腫瘤微環境的抑制機制包括局部細胞因子濃度（例如，IL-10，TGF-beta），其他的免疫檢查點（例如，TIM3，LAG3，OX40）和代謝酶的存在（例如，IDO1和精氨酸酶）可能會產生高度免疫抑制的微環境，因此消除即使在PD-1阻斷劑背景下的腫瘤抗原特異性T細胞的功能。

腸道微生物與免疫檢查點阻斷劑的反應

另外一種預測PD-1阻斷劑反應率的潛在生物標記物正在研究中，即腸道微生物的組成。在黑色素瘤模型中，Bifidobacter種屬菌多的鼠觀察到具有自發抗腫瘤免疫能力，而該能力隨著同籠飼養或在糞便轉移後消失。進一步的，單獨口服Bifidobacterium提高腫瘤控制與PD-1阻斷類似，PD-1阻斷劑與之聯合用藥效果顯著增強且感覺是通過增強樹突狀細胞功能導致CD8+T細胞致敏和腫瘤浸潤增強。在晚期黑色素瘤患者中，一項研究表明Bacteroides種屬（Bacteroides fragilis和thetaiotaomicron species）可能對CTLA-4阻斷劑就抗腫瘤免疫有調節類似作用。腸道微生物在抗腫瘤免疫扮演的角色，似乎通過多種機制起作用。其與檢查點阻斷劑相互作用正前瞻性地被多種其他研究探索，可能將來會作為指導免疫治療有用的工具。

聯合治療和未來方向

靶向PD-1/L1軸抗體的效果無疑戲劇性地引導我們對癌症治療總體方法和對宿主-腫瘤生物學的理解的改變。腫瘤內T細胞炎性是預先存在抗腫瘤免疫且預示著對PD-1/PD-L1阻斷劑有反應。聯合策略和治療是靶向可替代免疫調節途徑，瞄準定位對單獨使用PD-1/L1治療無效的腫瘤。靶向另外的檢查點如CD137，OX40和IDO的抗體，現今正在各類實體瘤中進行單獨給葯和聯合給葯的研究。進一步，誘導突變的傳統癌症治療法，包括放療和化療，也可能與免疫檢查點阻斷劑成功配對使用，這樣的研究也在開展中。使用疫苗方法如局部注射TVEC和使用放射性誘導局部免疫原性細胞死亡的方法可增強檢查點抑制劑的功效。PD-1阻斷劑和CTLA-4阻斷劑聯合使用已在黑色素瘤中取得成效，且最近該策略對肺癌和泌尿生殖系統癌的多種組織均有效，雖然伴隨著較高比例的3-4級免疫相關副作用事件，尤其是肺炎。在這些療法改變ipilimumab的劑量和給藥方案可降低毒性，同時依然保持臨床療效。

最後，現代免疫治療的到來需要研究者們重新定義傳統的癌症治療的臨床療效終點，現在的定義不能準確的把控免疫治療的潛在獲益。免疫治療的反應可能滯後且體現出非典型的動力學，但通常具有持續性（不像細胞毒素化療法），因此終點需關注較長時間隨訪中里程碑式的存活（即「曲線的尾部」）對於評價臨床獲益更為準確。免疫系統的動態變化和適應性使得生物標記物的研發受到挑戰，但同樣使得維持跟進腫瘤進化步伐成為無限潛在的可能，也使得先前傳統癌症療法無法獲得的持久效果成為可能。

參考文獻：

Balar AV, Weber JS.PD-1 and PD-L1 antibodies in cancer: current status and future directions. Cancer Immunol Immunother. 2017 May;66(5):551-564.