PD-1/PD-L1靶点概述
PD-1结构与表达
细胞程序性死亡-1(PD-1),又名CD279,属于CD28超家族,由位于人类2号染色体的PDCD1基因编码。其蛋白是I型膜蛋白,胞外IgV型结构域、20个氨基酸的柄部、跨膜结构域以及含免疫受体酪氨酸抑制基序(ITIM)和免疫受体酪氨酸转换基序(ITSM)的胞内结构域。PD-1广泛表达于T细胞、B细胞、NK细胞等多种免疫细胞表面,在维持免疫耐受方面发挥着关键作用,保护正常组织免受免疫攻击,同时与多种疾病的免疫失调相关。
图1 PD-1和PD-L1的结构示意图
PD-1氨基酸序列
Extracellular
Helical
Cytoplasmic
25-170
171-191
192-288
PD-L1结构与表达
程序性死亡配体1(PD-L1),也叫CD274或B7-H1,属于B7家族,由人类9号染色体上的CD277基因编码。其蛋白是一种I型跨膜蛋白,包含IgV样和IgC样胞外结构域、疏水跨膜结构域及含30个氨基酸的短胞质尾,由肿瘤微环境中癌细胞和抗原呈递细胞产生。在肿瘤环境中,PD-L1作为促肿瘤因子,能增加肿瘤细胞的增殖和存活信号通路。
PD-L1氨基酸序列
Extracellular
Helical
Cytoplasmic
19-238
239-259
260-290
PD-1/PD-L1在不同免疫细胞中的作用
PD-1/PD-L1影响T细胞激活、耐受和耗竭,其异常表达破坏免疫平衡;调节B细胞激活、增殖和免疫耐受;且在树突状细胞、NK细胞、巨噬细胞、固有淋巴细胞、单核细胞和中性粒细胞中均有表达,但其在不同疾病状态下对细胞功能产生不同影响。
图2 PD-1在不同免疫细胞中的作用
PD-1/PD-L1的相互作用
PD-1/PD-L1轴是免疫系统中的关键信号通路,二者结合会干扰T细胞受体的信号转导,抑制T细胞的生存、增殖和活性,减弱免疫应答。在炎症性疾病中,其表达异常可加剧或促进炎症;在感染过程中,其表达变化有助于区分急慢性感染。
图3 PD-1/PD-L1之间的相互作用
PD-1/PD-L1的生理功能
在正常生理条件下,PD-1与PD-L1是维持免疫稳态的重要分子,可减少自身免疫细胞对自身组织的攻击。PD-1/PD-L1在细胞黏附、迁移、记忆T细胞形成及代谢等方面也发挥重要作用,还参与组织和器官的发育、再生等过程。此外,还发现该通路在多种疼痛模型中作用关键,能抑制伤害感受神经元兴奋性,减轻炎症反应和疼痛。
图4 PD-L1/PD-1的免疫调节以及在疼痛中的机制概述
PD-1/PD-L1的表达调控
PD-1表达调控
PD-1表达受多种因素影响,如抗原信号刺激、炎症因子等。在急性感染和慢性感染中,PD-1表达的调控机制不同。在肿瘤免疫中,持续的TCR信号可导致PD-1表达增加,诱导免疫耐受。
PD-L1表达调控
PD-L1表达则受基因水平(如基因扩增、结构变异等)、表观基因组水平(DNA甲基化、组蛋白修饰等)、转录和转录后水平(转录因子、非编码RNA、RNA甲基化等)以及翻译后修饰水平(糖基化、磷酸化、泛素化等)的调控,同时肿瘤微环境也可影响PD-L1表达。
图5 PD-L1表达的遗传、转录、转录后和翻译后表达调控机制
相关信号通路
PD-1/PD-L1轴在肿瘤微环境中,通过多种信号通路促进肿瘤进展和逃逸。激活PI3K/AKT、MAPK、JAK-STAT等通路,影响细胞增殖、存活和免疫逃逸;还涉及Wnt、NF-κB、Hh等通路,在肿瘤发展各阶段发挥关键作用。
图6 PD-1/PD-L1参与的相关信号通路
PD-1/PD-L1的病理功能
PD-1/PD-L1在移植和自身免疫疾病中的作用
移植:PD-1/PD-L1信号可抑制移植后T细胞的活化和增殖,减轻免疫排斥。但在部分癌症患者接受免疫治疗时,可能引发免疫相关不良反应,影响预后。
自身免疫疾病:PD-1/PD-L1与多种自身免疫疾病相关,如1型糖尿病、系统性红斑狼疮、多发性硬化症和类风湿关节炎等,其平衡被打破,影响疾病进程。针对其的治疗研究正在不断探索,如靶向PD-1的免疫毒素可改善自身免疫疾病。
图7 PD-1/PD-L1在移植和自身免疫性疾病中的作用
PD-1/PD-L1在肿瘤中的作用
促进肿瘤发生发展:PD-1/PD-L1轴可使T细胞功能障碍、失活和耗竭,无法有效识别和杀伤肿瘤细胞,帮助肿瘤细胞逃避免疫系统的监测和攻击。此外,PD-1/PD-L1轴还可抑制NK细胞的脱颗粒和细胞毒性功能,降低其杀死肿瘤细胞的能力,进一步促进肿瘤免疫逃逸。
调节肿瘤微环境:PD-1/PD-L1相互作用会诱导肿瘤相关巨噬细胞(TAM)向M2表型极化,使其释放大量成纤维细胞生长因子、VEGF、TNF-α等细胞因子,促进血管生成,为肿瘤细胞提供营养和转移途径,还能营造免疫抑制环境,支持肿瘤细胞的侵袭和转移,加速癌症进展。同时,PD-1/PD-L1轴的激活可促进调节性T细胞(Tregs)的产生和发育,增强其免疫抑制功能,诱导免疫耐受,有利于肿瘤细胞在体内存活和增殖。
图8 PD-1/PD-L1信号对免疫细胞的调节
调控肿瘤细胞代谢:PD-1/PD-L1信号可改变细胞能量合成和代谢途径,破坏有氧糖酵解,促使脂肪酸氧化成为T细胞的主要能量来源,影响免疫细胞功能的同时,也为肿瘤细胞的生长和增殖创造有利条件。
图9 PD-1/PD-L1信号传导影响细胞能量合成和代谢
影响肿瘤复发和预后:PD-1/PD-L1参与肿瘤的转移和复发,其高表达与肿瘤预后相关。高表达PD-L1的肿瘤患者对PD-1/PD-L1抑制剂更敏感,但部分患者可能出现超进展疾病,需要探索预测生物标志物以优化治疗。
在肿瘤细胞内的非免疫功能:PD-L1在肿瘤细胞内存在多种形式,核PD-L1可参与肿瘤细胞的多种生物学过程,如调节基因组稳定性、促进肿瘤细胞增殖等;肿瘤细胞内的PD-1也具有复杂的作用,可能抑制或促进肿瘤生长,取决于肿瘤类型和信号通路。
图10 核PD-L1对肿瘤本身的影响
PD-1/PD-L1的免疫治疗
PD-1/PD-L1作为癌症生物标志物
检测肿瘤细胞或免疫细胞的PD-1/PD-L1表达,可预测患者对免疫治疗的反应,但存在局限性,不同肿瘤类型中其预测意义不同,检测结果的可重复性和准确性有待提高。此外,可溶性PD-L1(sPD-L1)具有预后价值,治疗前sPD-L1水平高与预后不良相关;治疗后sPD-L1水平快速升高,提示肿瘤特异性免疫反应强烈,与较高的部分缓解率相关。
治疗方法
目前针对PD-1/PD-L1的肿瘤免疫治疗方法包括使用免疫检查点抑制剂、过继性T细胞疗法、基因编辑疗法和肿瘤疫苗等。其中基于PD-1/PD-L1的肿瘤免疫治疗药物主要包括免疫检查点抑制剂(PD-1抑制剂和PD-L1抑制剂)。这些药物已广泛应用于多种癌症的治疗,显著提高了部分患者的总体生存率和无进展生存率,但仍存在低响应率和耐药性等局限性。
靶向PD-1/PD-L1的mAbs
目前多种PD-1/PD-L1阻断mAbs已获批用于免疫治疗,对多种癌症有效。然而,mAbs存在患者响应率低、易复发、肿瘤穿透性差、成本高和免疫相关副作用等问题,促使研究人员开发新型免疫治疗药物,如SMIs。
表1 已上市的靶向PD-1/PD-L1的单克隆抗体
PD-1/PD-L1轴的小分子抑制剂(SMIs)
近年来众多靶向PD-L1的SMIs被研发,部分已进入临床试验。这些SMIs通过不同机制抑制PD-1/PD-L1相互作用,展现出良好的抗肿瘤潜力。SMIs具有半衰期短、成本低、稳定性好、肿瘤穿透性强等优势,但目前其发展受限于蛋白质结合结构信息不足。
表2 临床试验中靶向PD-1的化合物
靶向PD-1/PD-L1的BsAbs
多种靶向PD-1/PD-L1的BsAb在临床前和临床试验中展现出抗肿瘤活性。例如,抗TGFβ×PD-L1的M7824、抗CD47×PD-L1的6MW3211、抗VEGF×PD-1的AK112等。这些BsAb通过阻断相关信号通路,增强免疫细胞功能,抑制肿瘤生长和转移,部分已进入后期临床试验阶段,为癌症治疗提供了新选择。
表3 靶向PD-1/PD-L1信号的双特异性/双功能抗体的研究进展
靶向PD-1/PD-L1的PROTACs
靶向PD-1/PD-L1的PROTACs是一种新型癌症免疫治疗策略,它由靶蛋白配体、E3泛素配体和连接子组成,通过招募E3泛素连接酶使PD-1或PD-L1蛋白泛素化并被蛋白酶体降解,从而阻断肿瘤免疫逃逸通路。目前已开发出如Compound22、AC-1、CDTACs等多种PROTACs,在临床前研究中展现出对PD-1/PD-L1的有效降解和良好的抗肿瘤活性,部分已进入临床试验探索阶段,但仍面临膜蛋白靶向降解、分子设计优化、脱靶效应和免疫相关不良反应等挑战,未来有望通过技术创新和联合治疗进一步提高癌症治疗效果。
联合治疗策略
与其他免疫检查点抑制剂联合:PD-1/PD-L1抑制剂可与CTLA-4、TIM-3、TIGIT、LAG-3等免疫检查点抑制剂联合,在多种癌症中显示出更强的抗肿瘤活性,可提高患者的生存率,目前部分联合方案正在临床试验阶段。
与靶向药物联合:抗血管生成药物与PD-1/PD-L1抑制剂联合,可通过调节肿瘤血管,增强免疫细胞浸润,提高治疗效果。此外,PD-1/PD-L1抑制剂还可与EGFR-TKIs、PARP激酶抑制剂等联合使用。
与放疗和化疗联合:放疗可将肿瘤转化为原位疫苗,激活全身免疫反应,与PD-1/PD-L1抑制剂联合能增强抗肿瘤免疫。化疗则可促进T细胞浸润肿瘤组织,降低免疫抑制细胞数量,与PD-1/PD-L1抑制剂联合可提高治疗效果。
与其他疗法联合:PD-1/PD-L1抑制剂可与CAR-T细胞疗法、光动力疗法、适配体药物结合物、溶瘤病毒疗法、癌症疫苗等联合。这些联合治疗方案在临床前研究或临床试验中展现出一定的潜力,为肿瘤治疗提供了更多选择。
图11 PD-1/PD-L1联合治疗协同抗肿瘤疗效和机制
PD-1/PD-L1介导的免疫耐药和副作用
肿瘤细胞对PD-1/PD-L1单抗产生耐药的原因较为复杂,分为原发性耐药和获得性耐药。原发性耐药机制包括肿瘤免疫原性缺乏、T细胞排除等;获得性耐药与T细胞功能耗竭、新抗原处理或呈递受损等因素有关。此外,PD-1/PD-L1免疫检查点抑制剂治疗癌症会引发免疫相关不良事件(irAEs),如内分泌毒性、肝毒性、皮疹、甲状腺功能减退等,且具有持续时间长、发病延迟的特点,需要加强管理和治疗。
图12 PD-1/PD-L1联合治疗的ORR、MPR、pCR和AE(包括TRAEs和irAEs)。IO,单独使用PD-1抑制剂或单独使用PD-L1抑制剂
PD-1/PD-L1在癌症中的应用
血液瘤
白血病:高表达PD-1和PD-L1与患者较差的总生存期和临床结果相关,联合治疗显示出一定前景,但临床反应存在差异,仍需进一步研究。
表4 PD-1/PD-L1在在不同类型白血病中的治疗潜力
淋巴瘤:PD-1/PD-L1抑制剂在淋巴瘤治疗中取得一定成果,但在不同亚型中的表达水平和作用存在差异,需要更精确和个体化的临床试验。
表5 PD-1/PD-L1在在不同类型淋巴瘤中的治疗潜力
实体瘤
肺癌:PD-1/PD-L1抑制剂改善晚期患者预后,PD-L1高表达与更高疗效相关,还可检测血液中PD-1和PD-L1用于辅助指导治疗,但部分患者会出现超进展疾病(HPD)。
乳腺癌:转移性三阴性乳腺癌对PD-1/PD-L1抑制剂有潜在反应,且PD-L1表达与高风险临床病理参数和不良预后相关。
胃癌:PD-1靶向治疗对转移性胃癌患者有效,疗效与PD-L1表达相关,且自噬可能与抗PD-1/PD-L1免疫治疗相关,但单药治疗效果存在争议,需进一步临床试验确认。
血管肉瘤:PD-L1在约66%的患者样本中异常表达,对部分患者疗效显著,高PD-L1表达与其疾病的进展相关。
前列腺癌:PD-1/PD-L1免疫检查点抑制剂虽给部分患者带来临床获益,但因肿瘤免疫原性低,总体效果不佳,且高PD-1+淋巴细胞密度与临床失败相关,联合放疗等可能是有前景的策略。
结直肠癌:PD-1/PD-L1靶向治疗对dMMR或MSI-H的转移性结直肠癌患者疗效较好,对pMMR或MSS肿瘤患者疗效不佳。
肝癌:PD-1/PD-L1表达与肿瘤免疫和预后相关,免疫检查点抑制剂治疗可改善患者总生存期,但目前缺乏综合预测生物标志物。
膀胱癌:PD-1和PD-L1的表达与膀胱癌的病理分级和进展相关,PD-1/PD-L1抑制剂联合自噬抑制剂或放疗可能是目前比较有前景的治疗方法。
卵巢癌:PD-1/PD-L1的单药治疗效果不佳,联合治疗可能是有效策略,但临床实践中存在剂量、亚型反应差异和副作用等问题。
胰腺癌:PD-L1是预后新标志物,PD-1/PD-L1表达与肿瘤进展相关,但单药治疗效果不理想。
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