免疫檢查點分子與腫瘤免疫治療
——解讀2018年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎*

張玉瑩 林怡婷 姚依凡 王雪珩 王月丹

（北京大學基礎醫(yī)學院免疫學系 北京 100191）

北京時間2018年10 月1 日17 時30 分，瑞典卡羅林斯卡大學宣布來自美國的James P.Allison（艾利森）教授與來自日本的Tasuku Honjo（本庶佑）教授，因為在“癌癥免疫治療”領域的杰出貢獻，而獲得了2018年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎［1］。

其中，Allison 教授在研究了細胞毒T 淋巴細胞相關抗原4（CTLA-4，也被稱為CD152）的功能基礎上，率先推出了以CTLA-4 為靶點的腫瘤治療抗體藥物——Yervoy（伊匹單抗，ipilimumab），為T 細胞應答調(diào)節(jié)的基礎研究和腫瘤的免疫治療，開創(chuàng)了新的道路。 另一位獲獎者Honjo 教授，于1992年首先克隆并發(fā)現(xiàn)了程序性細胞死亡蛋白-1（PD-1，也被稱為CD279），其后在著名華裔免疫學家陳列平教授有關PD-1 配體——PD-L1 分子及其功能研究［2］的啟發(fā)下，Honjo 與他人共同揭示了PD-1/PD-L1 途徑在機體免疫應答調(diào)節(jié)過程中的反向和剎車制動作用，開創(chuàng)了以PD-1/PD-L1為靶點的腫瘤免疫治療方法。授予他們2018年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎，主要也是為了獎勵他們在CTLA-4 和PD-1 分子相關領域研究與應用中作出的杰出貢獻。

從免疫學概念的角度講，CTLA-4 和PD-1 分子都屬于免疫檢查點分子。 因此，準確地說，2018年諾貝爾獎的獲獎成果應該被稱為“基于免疫檢查點分子的腫瘤免疫治療”。什么是免疫檢查點分子？

T 細胞是機體的主要免疫應答細胞，其表面具有識別抗原信號的T 細胞受體（TCR）和接受調(diào)控T 細胞活化所需的共刺激信號分子。 在通常情況下，T 細胞表面的共刺激信號分子，可分為兩大類。 其中，較早被發(fā)現(xiàn)的一類共刺激信號分子（例如CD28 分子和4-1BB 分子等），一般在T 細胞的表面為組成性的表達，主要為T 細胞識別抗原信號后的活化，提供必需的第二信號。如果沒有這個第二信號，即使獲得了抗原信號，T 細胞也無法活化、 增殖和分化為效應T 細胞，介導免疫應答，甚至還可能發(fā)生凋亡，導致對相應抗原信號的免疫耐受。而另一類共刺激分子（例如CTLA-4 和PD-1）的功能，則相對被發(fā)現(xiàn)的較晚，其只在活化后的T 細胞表面表達，一旦被相應的配體分子結合并激活以后，就會向T 細胞發(fā)出活化抑制信號，阻斷活化T 細胞的增殖、 分化及發(fā)揮免疫效應的功能，對T 細胞的免疫應答過程，發(fā)揮類似于剎車和制動器的作用，避免過度的免疫應答效應過程損傷自身正常的組織細胞，從而引發(fā)自身免疫性疾病的風險。 因此，這類發(fā)揮負向免疫調(diào)控作用的共刺激分子，也被稱為免疫“檢查點（checkpoint）分子”。

CTLA-4 和PD-1 是2 種最有代表性的免疫檢查點分子。其中,早在1978年即已被發(fā)現(xiàn)的CTLA-4分子（圖1），主要表達在活化的CD4+和CD8+T 細胞表面，與CD28 分子同源，均屬于免疫球蛋白超家族成員分子，能與CD28 分子競爭結合B7 分子［3］。 與CD28 分子不同，CTLA-4 分子的細胞質區(qū)具有免疫受體酪氨酸抑制基序（ITIM）。 當CTLA-4與相應配體結合后，其ITIM 中的酪氨酸殘基磷酸化，繼而募集和結合蛋白質酪氨酸磷酸酶（主要是SHP-1 和SHIP），并對T 細胞活化過程中的多個重要信號轉導分子進行去磷酸化，使活化的T 細胞分泌IL-2 能力下降和發(fā)生細胞周期停滯，從而抑制T 細胞的活化、增殖和效應。此外，機體的調(diào)節(jié)性T 細胞（Treg 細胞）還能持續(xù)性地表達CTLA-4分子［4］，通過下調(diào)抗原提呈細胞（APC）表達B7 分子水平的方式，進一步抑制機體T 細胞活化的CD28 信號通路，在T 細胞活化的起始階段即可有效發(fā)揮負向調(diào)節(jié)的作用。

圖1 CTLA-4 分子結構的模式圖（二聚體）

PD-1 分子（圖2），是在1992年被日本科學家Honjo 首先發(fā)現(xiàn)的，主要表達在活化T 細胞、B細胞、樹突狀細胞等細胞的表面，也與CD28 分子同源，屬于免疫球蛋白超家族的成員。 與CTLA-4不同，PD-1 的配體分子主要為PD-L1 和PD-L2 共2 種。 PD-1 分子的細胞質區(qū)除了也具有ITIM 區(qū)以外，還具有免疫受體酪氨酸轉換基序（immunoreceptor tyrosine-based switch motif，ITSM）結構。當PD-1 與相應配體結合以后，可以通過ITIM 和ITSM 結構的共同作用，使T 細胞分泌IFN-γ 及TNF-α 等細胞因子的能力下降，細胞周期停滯，從而抑制T 細胞介導的免疫應答及其效應的過程。 且當TCR 和PD-1 同時被激活時，PD-1 分子的活化可以阻斷TCR 分子活化介導的磷酸化，從而阻礙T 細胞的活化［5］。 一般認為，PD-1 分子的調(diào)節(jié)與抑制作用主要在T 細胞應答的效應階段。此外，PD-L1 分子還能通過PD-1/PD-L1 途徑，促進初始CD4+T 細胞分化為Treg 細胞，進一步調(diào)節(jié)和抑制T 細胞介導的免疫應答與效應過程，從而參與對自身抗原免疫耐受狀態(tài)的建立與維持。

圖2 PD-1 分子的結構模式圖

機體的免疫系統(tǒng)就是通過上述T 細胞活化的雙信號模式和免疫檢查點分子功能調(diào)節(jié)的方式，對T 細胞及其介導的免疫應答過程，進行精密調(diào)控的，在發(fā)揮有效防御和監(jiān)視功能的同時，又能保障機體組織細胞的安全不受攻擊，維持機體內(nèi)部生理環(huán)境保持穩(wěn)定［6］。

然而，很多的惡性腫瘤細胞也像正常組織細胞一樣，可以通過啟動活化T 細胞表面的檢查點分子功能，繼而抑制和阻斷進入腫瘤組織中的效應T 細胞效應功能，從而逃避機體免疫系統(tǒng)的監(jiān)視和清除作用。例如，在腫瘤及慢性感染患者的體內(nèi)，T 細胞可處于過度激活狀態(tài)，反饋性地上調(diào)其細胞表面表達的CTLA-4 和PD-1 等免疫檢查點分子的水平，容易發(fā)生免疫應答和效應的負向調(diào)控和抑制。 在體內(nèi)，PD-1 的配體分布非常廣泛，特別是PD-L1 分子不僅在正常人體淋巴組織中的白細胞和組織細胞表面表達，而且還可以在炎癥因子或者腫瘤細胞的作用下，被誘導表達于腫瘤組織的基質細胞表面，甚至腫瘤細胞的表面，從而導致腫瘤組織微環(huán)境中的T 細胞活化受阻和功能障礙，使腫瘤細胞規(guī)避了機體免疫系統(tǒng)的監(jiān)視和清除，導致腫瘤的發(fā)生和不斷的進展（圖3）。

圖3 腫瘤組織微環(huán)境中T 細胞表面免疫檢查點分子作用的模式圖

通過體外實驗、 動物實驗和人體臨床試驗研究發(fā)現(xiàn)，CTLA-4 和PD-1/PD-L1 的阻斷劑能逆轉腫瘤微環(huán)境及其成分對效應T 細胞的抑制作用，緩解腫瘤細胞的生長及進展，延長患者的生存時間和改善患者的生存質量。

2011年，美國食品藥品管理局（FDA）批準了Allison 主導研制的針對CTLA-4 分子的腫瘤治療單克隆抗體藥物——伊匹單抗（商品名Yervoy）用于治療黑色素瘤，開創(chuàng)了靶向免疫檢查點，進行腫瘤免疫治療的先河［7］。 在應用過程中，Yervoy 取得了令人矚目的治療效果，是第1 種被臨床證實可以延長晚期黑色素瘤患者總生存期的藥物。 2014年的4 月和12 月，美國FDA 分別批準了2 個全人源化的IgG4 型抗PD-1 單克隆抗體藥物——Pembrolizumab［8］和Nivolumab［9］，用于黑色素瘤、非小細胞性肺癌和經(jīng)典霍奇金淋巴瘤等惡性腫瘤的治療。 在難治性肺癌的治療研究中，抗PD-1 單克隆抗體藥物取得了比化療更好的療效，并成為了PD-L1 高表達的轉移性非小細胞肺癌的一線治療藥物，為非小細胞肺癌的治療開辟了一片新的天地。同時，基于免疫檢查點的腫瘤免疫治療在泌尿生殖系統(tǒng)腫瘤、 結直腸癌和淋巴瘤等多種惡性腫瘤的治療中也取得了突破性的進展，其適應的腫瘤治療譜也在不斷擴展（表1）。

如同其他抗腫瘤治療方法一樣，基于免疫檢查點分子的腫瘤免疫治療也同樣面臨治療效果較低和存在毒副作用等方面的不足與挑戰(zhàn)，但是，隨著現(xiàn)代生物醫(yī)學技術研究與應用的不斷深入與發(fā)展，通過個體化與精準治療、調(diào)節(jié)給藥劑量和聯(lián)合用藥等方式，將可能不斷地提升該療法的治療效果和改善不良反應的發(fā)生，最終為攻克癌癥，維護人類的健康和生命安全，提供一個新的有效治療手段。