前言

程序性死亡受體-1（PD-1）的基因于1992年由日本科學家Honjo在小鼠中分離、鑒定，在經(jīng)歷細胞死亡的T細胞雜交瘤中發(fā)現(xiàn)，因此得名。PD-1與CTLA-4、CD28和KIRs的結構具有相似性，人們因此猜測PD-1的配體可能是B7或MHC I家族成員。在2000年和2001年，Honjo和Freeman先后發(fā)現(xiàn)了PD-1與PD-L1（CD274；B7-H1）和PD-L2（CD273；B7-DC）相互作用的證據(jù)，共同闡述了PD-1/PD-L1對人體T細胞的調(diào)控作用，從而確定了PD-1途徑。

2002年，耶魯大學的華人教授陳列平發(fā)表的文章中指出大多數(shù)的腫瘤細胞通過表達PD-L1實現(xiàn)免疫逃逸，這為后面PD-1/PD-L1抗腫瘤藥物的研發(fā)提供了重要的理論依據(jù)。2014年7月全球首個PD-1藥物Opdivo在日本上市，同年12月，第二個PD-1藥物Keytruda在美國上市，2016年首個PD-L1抑制劑上市。隨后默克公司與輝瑞的Bavencio，阿斯利康PD-L1單抗Imfinzi在2017年上市，2018年Libtayo上市，全球目前已有多個PD-1/PD-L1抑制劑藥物上市，而處于臨床前或臨床階段的PD-1/PD-L1抑制劑玩家多達上百個。此外，PD-1抑制劑也已成為多種聯(lián)合治療的基石。因此，進一步了解PD-1抑制劑作為單一藥物如何發(fā)揮作用以及在這些不同類型的聯(lián)合治療中的作用變得越來越重要。

PD-1的信號通路

PD-1受體是I型跨膜糖蛋白，屬于CD28受體超家族成員。但與CD28不同，它在細胞表面是單體。在結構上，PD-1由細胞外免疫球蛋白可變結構域、跨膜結構域和負責信號和骨架分子結合的細胞質(zhì)尾部組成。PD-1的細胞質(zhì)尾部包含兩個酪氨酸基序，一個ITIM（VDY223GEL）和一個ITSM（TEY248ATI）。兩個結構域在PD-1配體結合時通過Lck的酪氨酸激酶活性磷酸化。

PD-1在活化的T細胞和B細胞、自然殺傷（NK）細胞、單核細胞、樹突狀細胞和癌細胞如黑色素瘤上表達。PD-1通過與PD-L1結合而被激活，并且與PD-L2具有更高的親和力。兩者的表達都是干擾素/細胞因子誘導的，但具有特定的表達模式：PD-L1在造血細胞和非造血細胞中廣泛表達，而PD-L2主要在APC上表達。

在免疫細胞中，PD-1信號依賴于酪氨酸磷酸酶SHP-2。PD-1/SHP-2信號軸的破壞是腫瘤環(huán)境中對PD-1抗體產(chǎn)生臨床反應的部分原因。配體結合后，SHP-2被招募到PD-1的磷酸化ITSM， ITSM的磷酸化誘導SHP-2向活性構象的轉換。對重建的免疫突觸的顯微鏡觀察表明，在PD-L1的存在下，PD-1和CD28在TCR富集區(qū)中央發(fā)生關聯(lián)。其中PD-1招募SHP-2，促進CD3ζ和CD28磷酸化的降低，并對TCR信號強度產(chǎn)生負面影響。PD-1促進的CD28去磷酸化深刻影響TCR信號體的PI3K募集，降低PI3K/AKT途徑活性及其轉錄靶點，如Bcl-xL。此外，SHP-2被認為不僅負責阻斷CD28共刺激信號，而且還負責抑制TCR介導的ZAP70磷酸化及其與CD3ζ的關聯(lián)，這些信號會導致PKCθ和ERK激活以及下游IL-2的產(chǎn)生和擴增。

PD-1及其配體的作用方式 

PD-1配體PD-L1和PD-L2的表達模式不同。PD-L1廣泛表達于造血細胞和非造血細胞。而PD-L2的表達比PD-L1更為有限，主要局限于造血細胞。PD-L1也在多種腫瘤類型的腫瘤細胞表達；盡管比PD-L1更為有限，PD-L2也在腫瘤細胞（如食管腺癌）上被觀察到。

雖然PD-L1和PD-L2都與PD-1結合，但它們都有第二個不同的相互作用蛋白。PD-L1還可以結合B7-1（CD80），而PD-L2也可以結合排斥導向分子b（RGMb）。B7-1主要由造血細胞和抗原呈遞細胞表達，而RGMb則表達于巨噬細胞、肺泡上皮細胞、神經(jīng)組織和各種器官。

PD-1與PD-L1的順式作用

典型的PD-1途徑相互作用發(fā)生在活化T細胞上表達的PD-1與腫瘤、抗原呈遞細胞（APC）或非造血細胞上的PD-L1之間的反式相互作用，并導致T細胞活化的抑制。如果PD-1和PD-L1都表達在同一細胞表面，那么PD-1和PD-L1之間也可以發(fā)生順式作用，并且這種相互作用與反式相互作用具有相似的親和力。

在非小細胞肺癌等腫瘤中，PD-1可與PD-L1在腫瘤浸潤巨噬細胞、MDSCs、樹突狀細胞以及一些腫瘤細胞亞群上共同表達。順式相互作用與反式相互作用競爭，導致抑制PD-1信號的PD-L1更少�？紤]到PD-L1在一些腫瘤浸潤淋巴細胞（TIL）上的表達，PD-L1和PD-1在T細胞表面也可能發(fā)生順式相互作用。反式與順式PD-1/PD-L1相互作用的相對重要性可能取決于它們在相同或不同細胞表面的相對豐度，需要進一步仔細評估。

PD-L1與B7-1的相互作用

PD-L1可與B7-1結合，親和力為1.4μM，約為B7-1對CD28（4μM）親和力的3倍，但弱于PD-L1與PD-1（0.77μM）或B7-1與CTLA-4（0.2μM）的親和力。

PD-L1與B7-1的相互作用只發(fā)生在同一細胞表面的順式結構中。競爭結合研究和突變分析表明，PD-1和B7-1競爭PD-L1上的重疊結合區(qū)域。因此，B7-1與PD-L1的結合阻止了PD-L1與PD-1的相互作用，從而減少了PD-1抑制信號。

令人驚訝的是，B7-1與PD-L1的結合不會干擾B7-1與CD28的結合；因此，它們可以形成三聚體復合物，與CD28共刺激信號結合。PD-L1與B7-1結合對CTLA-4與B7-1結合的影響更為微妙。CTLA-4同型二聚體可以以高親和力與B7-1同型二聚體結合，導致B7-1被Treg反式內(nèi)吞。PD-L1與B7-1的結合將CTLA-4相互作用降低為單價，從而顯著降低親和力。這可以防止B7-1的去除，并減少任何T細胞固有的CTLA-4信號。

大多數(shù)PD-L1單抗都同時阻斷PD-L1/PD-1和PD-L1/B7-1相互作用。在腫瘤免疫治療中，這種類型的PD-L1單抗通過增強CTLA-4介導的同型二聚體B7-1的去除，導致APC上B7-1表達水平降低。這為PD-L1和CTLA-4聯(lián)合阻斷的臨床試驗提供了良好的理論基礎。

PD-L2與RGMb的相互作用

PD-L2與T細胞上的PD-1結合抑制T細胞活化，PD-L2/PD-1的親和力是PD-L1/PD-1的三倍。它們與PD-1的結合區(qū)域類似，因此，PD-L2和PD-L1競爭與PD-1的結合。雖然PD-L2的親和力高于PD-L1，但其較低的表達水平為PD-L1/PD-1提供了競爭優(yōu)勢。

PD-L2的第二個結合蛋白是RGMb，它具有類似于PD-L2/PD-1的親和力。RGMb是一種糖基磷脂酰肌醇（GPI）錨定蛋白，PD-L2可能與RGMb超復合物反式結合，以調(diào)節(jié)下游通路。PD-L2在該超復合物中的功能作用及其影響尚需進一步研究。

PD-1的功能

PD-1對TCR激活閾值的調(diào)節(jié)決定了T細胞對信號強度的反應范圍，從而決定了它們的分化命運，包括耗竭和記憶形成。PD-1還在免疫抑制調(diào)節(jié)性T（Treg）細胞和先天免疫細胞的激活中發(fā)揮作用。受PD-1信號影響的這些不同因素決定了癌癥免疫治療反應的持續(xù)時間。

PD-1決定T細胞激活閾值

CTL成功激活后，被激活的T細胞的命運就會多樣化。一些細胞保持其作為效應T細胞的活性，而另一些細胞由于過度刺激而變得無能、進入耗竭狀態(tài)或發(fā)生凋亡。CTL的PD-1表達提高了激活信號的閾值，并抑制了連續(xù)的過度刺激。

為了增加癌癥免疫治療的持續(xù)時間，通過PD-1阻斷降低激活閾值來增加T細胞儲備是至關重要的，這可以增加T細胞識別和攻擊腫瘤細胞的機會。包括記憶前體在內(nèi)的活化T細胞的增加也導致長壽命T細胞的增多，這是持久反應的重要因素。

PD1和記憶T細胞生成

適應性免疫反應的標志之一是抗原清除后形成免疫記憶。免疫記憶反應使宿主在再次遇到相同抗原時能夠更快地作出反應。PD-1信號可通過多種不同機制影響記憶反應。首先，TCR信號的強度與長壽命中央記憶T細胞的形成呈負相關。因此，效應器期PD-1信號的丟失將導致更強的TCR信號，從而導致記憶T細胞反應受損。從機制上講，最近的研究表明，表達高水平CD62L的記憶前體細胞群和對DNA損傷的反應能力的增強對于長壽記憶群體的形成非常重要，而包括PD-1和淋巴細胞激活基因-3（LAG-3）在內(nèi)的抑制性受體對于維持這一群體非常重要。

其次，PD-1通路在調(diào)節(jié)原始T細胞向記憶T細胞的分化以及調(diào)節(jié)現(xiàn)有記憶T細胞群的反應方面具有獨特的作用。例如，在CD8+T細胞對流感感染反應的不同階段使用PD-1抗體的研究表明，在感染后期（從第21天開始）阻斷PD-1通路會導致記憶性T細胞數(shù)量增加，并產(chǎn)生炎性細胞因子IFN-γ和TNF-α。此外，在鼻內(nèi)痘苗病毒應答再激發(fā)期間阻斷PD-1可以克服由于缺乏CD4+T細胞導致的記憶缺陷。

最后，PD-1通路影響記憶T細胞的維持和功能能力可能還取決于環(huán)境，其機制目前尚不清楚。因此，進一步闡明PD-1通路參與宿主免疫的宿主因素，對于繼續(xù)改善基于PD-1的患者免疫治療至關重要。

PD-1抑制Treg細胞功能 

現(xiàn)在已經(jīng)認識到PD-1可以調(diào)節(jié)傳統(tǒng)αβT細胞以外的多種細胞類型。Treg細胞是一個特別令人感興趣的群體，因為這些細胞在免疫調(diào)節(jié)中起著關鍵作用。至少有一部分Treg細胞表達PD-1受體水平升高，從而通過調(diào)節(jié)PD-1通路來調(diào)節(jié)這一群體。

體外研究發(fā)現(xiàn)，表達更高水平PD-1的人類Treg細胞傾向于降低抑制能力并增加IFN-γ的產(chǎn)生。在小鼠模型中，來自PD-1缺陷或抗PD-1治療小鼠的Treg細胞具有更好的抑制能力。在腫瘤中，PD-1阻斷導致PD-1+CD8+T細胞功能增強以及PD-1+Treg細胞介導的免疫抑制增強。治療開始時，PD-1+CD8 T細胞與PD-1+Treg的比率可能會指導最終免疫反應的結果。因此，在檢查這些療法對患者總體預后的影響時，必須考慮PD-1抑制劑對這些對立細胞群（效應細胞與調(diào)節(jié)細胞）功能的集體影響。

PD-1抑制劑在臨床的新用途

2014年，F(xiàn)DA首次批準將阻斷PD-1的抗體用于治療晚期或轉移性黑色素瘤。自那時以來，阻斷PD-1或PD-L1的抗體已被批準用于20多種晚期癌癥。常見實體瘤的總體緩解率（ORR）一般為20-30%。PD-1或PD-L1藥物在膠質(zhì)母細胞瘤、微衛(wèi)星穩(wěn)定型結腸癌、胰腺癌或前列腺癌中的療效有限。

鑒于這一成功，人們期望擴大PD-1抑制劑在早期癌癥中的應用，包括新輔助和輔助治療。最初，在一項針對21例可切除早期NSCLC患者的小規(guī)模II期試驗中，首次評估了新輔助PD-1阻斷劑對早期NSCLC的治療作用。在20名患者中，有9名（45%）患者出現(xiàn)了主要的病理反應，即手術樣本中存活的腫瘤細胞少于10%。在9名接受評估的患者中，有8名患者在PD-1抑制后發(fā)現(xiàn)腫瘤和血液中T細胞克隆的多樣性增加。這些結果促使了許多更大規(guī)模的新輔助PD-1抑制劑的研究，包括CheckMate 816、KEYNOTE-671和Impassion030。

最近，OpACIN-neo的臨床研究結果表明，接受新輔助PD-1或PD-1/CTLA-4聯(lián)合阻斷的局部晚期黑色素瘤患者的病理反應率較高。匯總分析發(fā)現(xiàn)，在52%實現(xiàn)pCR或近pCR的患者中，2年無復發(fā)生存率為96%，總生存率為100%。這意味著比在輔助治療中接受PD-1或PD-1/CTLA-4聯(lián)合阻斷的患者60%的2年無復發(fā)生存率顯著改善。當考慮到III期黑色素瘤的大多數(shù)復發(fā)發(fā)生在手術后的頭兩年內(nèi)時，可以進一步認識到這一益處的重要性。此外，OpACIN-neo對三種給藥方案進行了測試，發(fā)現(xiàn)較低劑量的ipilimumab治療方案與低irAE發(fā)生率相關，同時保持77%的高病理應答率。

在一項納入II期和III期乳腺癌患者的新輔助治療臨床試驗中，接受PD-1抑制劑和化療的三陰性乳腺癌癌患者手術時的pCR率為60%，而僅接受化療的患者為22%。激素受體陽性癌癥患者的pCR發(fā)生率為30%，而僅接受化療的患者為13%。其他試驗也有類似的結果，目前正在進行評估早期乳腺癌圍手術期治療中PD-1抑制的其他III期試驗。

膠質(zhì)母細胞瘤（GBM）是一種致命的惡性腫瘤，缺乏有效的治療方法。到目前為止，PD-1抑制劑在復發(fā)性膠質(zhì)母細胞瘤中的試驗未能顯示生存益處超過標準護理。然而，最近的研究結果表明，在新輔助治療環(huán)境中，PD-1抑制可能有益。在最近的一項II期研究中，接受新輔助PD-1抑制劑的患者中位總生存期顯著延長（13.7個月vs 7.5個月，p=0.04），無進展生存期延長（3.3個月vs 2.4個月，p=0.03）。此外，在包括乳腺癌和晚期錯配修復缺陷型（MMRd）結直腸癌中，PD-1抑制劑新輔助治療都顯示出明顯的臨床獲益。

小結

自從30年前PD-1通路首次發(fā)現(xiàn)以來，我們在揭示PD-1通路的復雜性方面取得了長足的進步。最近的研究在PD-1及其配體的作用方式，以及PD-1在調(diào)節(jié)不同分化狀態(tài)的T細胞方面取得了一些新的見解，有助于深入了解這一重要免疫調(diào)節(jié)途徑的多方面功能。對這些發(fā)現(xiàn)的進一步研究將繼續(xù)影響我們對PD-1途徑的理解，以及如何有效和安全地將PD-1調(diào)節(jié)應用于不同的患者群體。

參考文獻：

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       原文標題 : PD-1的30年