PD-1/PD-L1信號通路抑制劑在宮頸癌治療中的研究進展

徐 苗，張天一，田菲菲

(西南交通大學生命科學與工程學院，四川 成都 610031)

宮頸癌是常見的女性惡性腫瘤之一，調查顯示其發病率逐年攀升且發病年齡趨于年輕化，其發病率在女性生殖系統惡性腫瘤中排位第2，僅次于卵巢癌。大量研究表明高危型人乳頭瘤病毒(humanpapillomavirus，HPV)持續感染與宮頸局部微環境免疫水平低下是宮頸癌發生發展的重要因素[1]。目前，已研制出二價、四價、九價HPV疫苗用于預防宮頸癌，九價HPV疫苗可針對HPV6、11、16、18、31、33、45、52、58九種亞型，但依然不能預防所有高危HPV類型[2]。而且疫苗作用有效，僅僅能夠起到預防作用，對于已經感染HPV病毒的患者則療效甚微。針對宮頸癌患者，傳統療法有較大的副作用，比如廣泛性全子宮切除術以及放療化療等，并且晚期宮頸癌患者的預后不良。因此，尋找能夠有效預防和治療宮頸癌的方法非常重要。程序性死亡受體1(programmeddeath1，PD-1)和程序性死亡配體1(PD-1ligand，PD-L1)是一對免疫抑制性共刺激分子，在腫瘤發生發展過程中具有重要意義[3]，多種惡性腫瘤如黑色素瘤、腎細胞癌、非小細胞肺癌、三陰性乳腺癌等癌癥中均大量表達PD-L1分子，該分子通過與腫瘤浸潤T淋巴細胞表面的PD-1受體結合，抑制T細胞的分化和增殖，誘導T細胞失活或凋亡，從而使腫瘤細胞逃避宿主的抗腫瘤免疫[4]。PD-1/PD-L1信號通路抑制劑以高親和力與PD-1或PD-L1結合，阻斷PD-1與其配體PD-L1的結合來提高機體的抗腫瘤免疫能力。近年來，通過激活免疫系統來抗癌的免疫療法逐漸成為了科學家們的研究熱點，PD-1/PD-L1信號通路抑制劑作為免疫檢查點抑制劑中的重要組成部分，已被美國FDA正式批準用于非小細胞肺癌、肝癌、惡性黑色素瘤、胃癌、膀胱癌等癌癥，并取得了良好的效果。在此背景下，亦有多篇研究報道指出PD-1/PD-L1信號通路與宮頸癌發生發展關系密切，本文對PD-1/PD-L1信號通路抑制劑在宮頸癌治療中的研究進行綜述。

1 PD-1/PD-L1的分子結構與功能

程序性死亡受體1(PD-1)屬于CD28/CTLA-4受體亞家族，由日本免疫學家本庶佑于1992年在發生程序性死亡的細胞株中發現[5]。PD-1是一個約55kD的I型跨膜糖蛋白，其結構特點是胞外區含有一個可變區結構，胞質區的尾部含有兩個酪氨酸殘基[6]。PD-1主要表達于T細胞、B細胞、巨噬細胞、自然殺傷細胞等免疫細胞[7]。PD-1的配體為PD-L1(B7H1)和PD-L2(B7H2)，屬于B7家族成員。其結構與PD-1相似，含有可變區和恒定區結構。PD-L1廣泛表達于多種惡性腫瘤細胞、淋巴組織和實體器官。

我們查閱了蛋白質數據庫(ProteinDataBank，PDB)中PD-1/PD-L1復合物的晶體結構(登錄號3BIK)，發現PD-1/PD-L1的分子識別主要由疏水及氫鍵作用介導。觀察晶體結構發現，PD-1與PD-L1二聚體之間形成了4對氫鍵，包括PD-1的Gln75與PD-L1的Asp26、Arg125形成的3對氫鍵和PD-1的Thr76與PD-L1的Tyr123形成的1對氫鍵[8](圖1)。

2 PD-1/PD-L1信號通路介導腫瘤細胞免疫逃逸

圖1 人源單體PD-1與人源單體PD-L1的聚合物結構[8]

腫瘤細胞通過多種機制來逃避免疫系統攻擊與監視的過程稱為免疫逃逸，在免疫應答過程中，T細胞啟動、活化需識別雙信號系統，第一信號來自于抗原肽-主要組織相容性復合體(majorhistocompatibilitycomplex，MHC)與T細胞表面受體(T cellantigenreceptor，TCR)的結合，第二信號由抗原遞呈細胞與T細胞表面共刺激分子相互作用而產生[9-10]。共刺激分子有正性分子與負性分子之分，其中PD-1/PD-L1是重要的負性共刺激分子，即免疫抑制性共刺激分子[11]。通常情況下，免疫系統可以識別表達PD-L1的正常人體細胞，殺傷不表達PD-L1的病毒細菌以及腫瘤細胞等抗原，然而當腫瘤細胞大量表達PD-L1，PD-1/PD-L1信號通路持續激活時，免疫系統持續處于抑制狀態，可以使腫瘤細胞發生免疫逃逸[12]。

PD-1/PD-L1信號通路介導腫瘤細胞免疫逃逸的作用機制如圖2所示，首先，PD-1與配體結合將蛋白酪氨酸磷酸酶1(proteintyrosine phosphatase，SHP1)和蛋白酪氨酸磷酸酶2(proteintyrosine phosphatase，SHP2)募集到T細胞受體周圍，抑制磷脂酰肌醇3激酶-蛋白激酶B(phosphatidylinositol 3 kinaseprotein kinase，PI3K-AKT)的磷酸化，從而抑制PI3K-AktmTOR途徑的激活，阻礙了活化T細胞的形成。同時，SHP1，SHP2的募集會抑制T細胞受體近端激酶的激活，阻礙Zeta鏈相關蛋白-70(ZAP-70)的磷酸化以及下游Ras-MEK-ERK途徑激活。在T細胞活化的過程中，T細胞與樹突細胞會進行8～20 h的穩定接觸。而這些信號通路的改變會阻斷T細胞與遞呈抗原的樹突細胞形成穩定接觸，從而中止T細胞的激活[13]。

圖2 PD-1對T細胞中主要信號傳導途徑的影響[13]

3 PD-1/PD-L1信號通路抑制劑及其在宮頸癌治療中的研究進展

3.1 PD-1/PD-L1信號通路抑制劑

PD-1/PD-L1信號通路抑制劑分為單克隆抗體和小分子抑制劑兩種類型。目前已有5種抗體型抑制劑在歐美幾十個國家上市，包括PD-1抗體Keytruda(Pembrolizuma)、Opdivo(Nivolumab)及 PD-L1 抗 體 Tecentriq(Atezolizumab)、Bavencio(Avelumab)、Im finzi(durvalumab)，這些抑制劑被美國FDA正式批準用于非小細胞肺癌、肝癌、惡性黑色素瘤、胃癌、膀胱癌等癌癥，取得了較好的療效，能夠明顯延長患者的總生存期(OS)，且不良反應相對化療藥物較小[14]。PD-1/PD-L1單抗類藥物在晚期宮頸癌中的臨床研究也正在進行之中，I期試驗初步結果顯示PD-1抗體pembrolizumab在PD-L1陽性復發或轉移性宮頸癌患者中具有良好的抗腫瘤活性。但是PD-1/PD-L1抗體類藥物也存在部分患者不響應的問題，甚至出現小部分癌癥患者用藥后癌癥爆發性進展的研究報道，Kato等[15]研究結果顯示MDM2/MDM4基因擴增以及EGFR基因畸變的癌癥患者應用PD-1/PD-L1單抗類藥物后有更高的風險發生腫瘤爆發性進展，具體原因還有待進一步研究。同時PD-1/PD-L1單抗類藥物也存在如研發成本昂貴，運輸儲存不便以及不能口服等問題。

與PD-1/PD-L1抗體類藥物的快速發展相比，PD-1/PD-L1小分子抑制劑的研究進展稍顯緩慢。分子設計的困難以及活性位點的位置難以確定是急需解決的問題，現有報道的小分子抑制劑包括印度Aurigene公司合作開發的擬肽類分子以及朱毅敏團隊鑒定的靶向PD-L1肽TPP-1等都是基于活性篩選而不是從頭合成等計算機實驗方法得到。印度的Aurigene公司與Laboratoires Pierre Fabre的研究人員宣布共同開發化合物AUNP-12。該化合物是首個多肽類PD-1/PD-L1信號通路抑制劑，相比于PD-1/PD-L1抗體藥物，AUNP-12具有更短的半衰期，能顯著降低免疫相關副作用的發生率。國內關于PD-1抑制劑的研究也取得了一定的成果。清華大學的劉磊教授及其課題組[16]通過鏡像噬菌體展示技術發現了一組能夠特異性拮抗PD-L1的抗蛋白水解D-肽。該D肽與PD-L1親和力強，可以有效阻斷PD-1與PD-L1的結合，將其應用于臨床前治療也顯示出了抑制癌癥發生發展的效果。中科院的朱毅敏團隊[17]首次運用細胞表面展示技術，通過對任意多肽庫和偏向多肽庫的篩選，鑒定了以高親和力與PD-L1特異性結合的靶向PD-L1肽TPP-1。經試驗推測TPP-1可以作為腫瘤免疫治療抗體的替代物。不過以上研究成果均需要大量臨床前試驗和研究來檢驗其療效，應用于臨床治療還有很長一段路要走。

3.2 PD-1/PD-L1信號通路抑制劑在宮頸癌治療中的研究現狀

目前宮頸癌的有效療法包括手術治療，放化療以及分子靶向治療等方法[18-19]，這些療法針對早期宮頸癌效果良好，但廣泛性子宮切除術由于手術創面大易發生如尿潴留，盆腔膿腫等并發癥；放化療特異性差，易產生惡心、嘔吐，肝腎功能損傷等毒副作用。分子靶向治療雖然增強了治療特異性，但靶點陰性的患者遠期生存率依然不理想。患有復發或轉移性癌癥的中晚期宮頸癌患者治療方法與選擇更加有限，據報道，使用基于順鉑的化療方案是晚期宮頸癌一線治療中最主要的選擇，盡管如此，該患者人群的中位總生存期僅略超過1年，治療給晚期宮頸癌患者帶來極大痛苦且效果不盡人意。因此，通過激活免疫系統來抗癌的免疫療法逐漸成為了科學家們的研究熱點。如下我們將分別從PD-1/PD-L1信號通路抑制劑在宮頸癌治療中的細胞學實驗、動物學實驗及臨床應用情況進行綜述。

3.2.1 細胞學實驗相關進展 Saglam等[20]通過流式細胞術分型和免疫細胞亞群計數發現，與子宮內膜癌和卵巢腺癌相比，宮頸癌中腫瘤浸潤性炎癥細胞中PD-1/PD-L1的表達更高。在宮頸鱗狀細胞癌中，與腫瘤和基質之間界面上的邊緣PD-L1表達相比，彌散性PD-L1表達是無疾病和疾病特異性存活率差的風險因素。該結論與Heeren等[21]的發現較為相似，說明PD-1/PD-L1信號通路在宮頸癌的發生發展中起到重要作用。Meng等[22]研究發現，與正常組織相比，宮頸癌組織中PD-L1，PD-1更為常見，尤其是那些HPV被強烈染色的宮頸癌組織。Yang等[23]分別檢測了40名HR-HPV陰性(或HR-HPV陽性)女性的宮頸T細胞和樹突狀細胞(DCs)上PD-1和PD-L1的表達。宮頸上皮內瘤變(CIN)等級分別為0，I和II-III，其中CIN1代表低度不典型增生，CINII代表中度不典型增生，CINIII代表高度不典型增生和原位癌。結果顯示PD-1和PD-L1在宮頸T細胞和DC上的表達與HR-HPV陽性相關，并且隨著PD-1和PD-L1表達增加CIN等級隨之增加。上述宮頸癌細胞學實驗均說明PD-1/PD-L1信號通路與宮頸癌之間有著密不可分的關系，PD-1/PD-L1信號通路的上調可能促進CIN及宮頸癌的進展。

3.2.2 動物學實驗相關進展 HPV致癌基因E7對于宮頸癌細胞的惡性轉化和維持至關重要，是疫苗開發的理想腫瘤特異性抗原。然而，由于E7蛋白的免疫原性差，治療性E7疫苗普遍效果不佳。Liu等[24]使用靶向HPV16E7的新型樹突細胞合成疫苗與PD-1/PD-L1通路抑制劑聯合在小鼠中引發治療性抗腫瘤免疫，有效改善了E7疫苗的治療效果。與Liu的研究結果相似，Moeini等[25]使用HPV16E7疫苗與次級淋巴組織趨化因子(SLC，也稱為CCL21佐劑)和PD-1抑制劑聯合應用于小鼠宮頸癌模型中，可大大增強細胞毒性T淋巴細胞的產生和淋巴細胞增殖速度，并抑制腫瘤的進展。魏潔等[26]應用PD-1抗體阻斷PD-1/PD-L1信號通路聯合順鉑處理小鼠宮頸腫瘤，有效抑制了抗癌藥物順鉑引起的PD-1過表達，拮抗了PD-1過表達所引起的T淋巴細胞的失活與凋亡，激活了免疫系統的功能，從而增強了順鉑在宮頸癌治療中的作用。由以上研究結果推測，HPV16E7通過上調PD-L1表達來進行免疫逃逸，過量表達的PD-L1一方面激活PD-1/PD-L1信號通路來抑制T細胞活性，另一方面激活ITGB4/SNAI1/SIRT3信號通路促進宮頸癌細胞的生長和轉移。說明將PD-L1/PD-1信號通路抑制劑作為抗宮頸癌免疫治療的靶點可抑制腫瘤發生發展。同時，將PD-1/PD-L1抑制劑聯合應用于抗宮頸癌藥物的輔助治療也有很好的發展前景，可能成為宮頸癌治療的新策略。

3.2.3 PD-1/PD-L1信號通路抑制劑的臨床研究 目前多種PD-1/PD-L1信號通路抗體類抑制劑例如Keytruda(Pembrolizuma)、Opdivo(Nivolumab)，已經在多種癌癥例如非小細胞肺癌，胃癌，三陰性乳腺癌，惡性黑色素瘤中進行了臨床研究，均取得了較好療效，并已批準上市。多項免疫抑制劑在宮頸癌中的臨床研究也正在進行中，Ib KEYNOTE-028研究的初步結果評估了PD-1抗體pembrolizumab在晚期宮頸癌患者中的安全性和有效性[27]，該項研究中I期試驗招募的24位患者均患有不可切除或轉移性宮頸癌，并且先前接受全身治療和標準治療失敗。結果顯示患者中位總生存期達到9個月，在預先治療嚴重不良的患者群體中效果顯著，這表明pembrolizumab具有良好的耐受性，并且在PD-L1陽性復發或轉移性宮頸癌患者中顯示出較好的抗腫瘤活性，pembrolizumab在晚期宮頸癌中的臨床試驗正在II期KEYNOTE-158試驗中進一步研究。另一項研究是將抗血管生成劑與免疫療法聯合應用進行宮頸癌治療，貝伐單抗(Bevacizumab)目前與PD-L1抗體atezolizumab在II期臨床試驗中進行聯合治療[28]。貝伐單抗可通過靶向血管生成關鍵介質VEGF從而抑制新生血管形成，從而增強抗腫瘤作用。有臨床研究報道晚期黑色素瘤中，CTLA-4抗體ipilimumab與PD-1抗體nivolumab聯合治療，在總生存期方面比單獨使用ipilimumab效果更好，最近，PD-L1抗體藥物durvalumab與CTLA-4抗體藥物tremelimumab聯合治療也已經進入晚期宮頸癌I期臨床試驗研究階段[29]。上述臨床研究的實驗結果均表明在由于高危型 HPV感染而導致的宮頸癌患者(尤其對于中晚期宮頸癌)的治療中，與療效十分有限的傳統療法相比，開發PD-1/PD-L1信號通路抑制劑將成為治療晚期宮頸癌的有希望的替代性選擇。

4 總結與展望

宮頸癌成為困擾全世界女性的重要癌癥之一，有調查顯示，發展中國家每年死于宮頸癌的女性在23.5萬人以上[30]。PD-1/PD-L1免疫治療是當前備受關注的一種抗癌免疫療法，關于宮頸癌中PD-L1表達的臨床意義的研究也逐漸增多。過去幾年，抗體類PD-1/PD-L1信號通路抑制劑在腫瘤免疫治療領域已經取得了突破性進展，免疫檢測點PD-1單抗類藥物也已經進入晚期宮頸癌臨床試驗研究，且初步結果顯示PD-1/PD-L1信號通路抑制劑有希望成為治療晚期宮頸癌的治療藥物。但仍存在一些問題需要解決，例如用藥前需篩選生物標志物，符合標準的患者才能進行注射，若進行無差別治療，則抗體類PD-1/PD-L1信號通路抑制劑響應率不高。并且在用藥后會出現皮膚毒性，肺炎，肝炎及內分泌問題等不良反應。因此尋找有效的生物標志物去篩選適合免疫治療的患者也是目前需要解決的問題，聯合治療也是未來免疫療法發展的一個方向。如何降低免疫藥物治療中的不良反應，選擇更合適的給藥方式與用量，仍需要進一步探索。PD-1/PD-L1信號通路在宮頸癌發生發展過程中的具體作用機制也有待于深入研究。