腫瘤微環境中主要炎癥細胞因子對PD-L1表達調控的研究進展*

牛玉苗， 嚴 翔， 齊宏妍， 邵吉民

（浙江大學醫學院病理學與病理生理學系，浙江杭州310058）

程序性細胞死亡蛋白1配體1（programmed cell death protein 1 ligand 1，PD-L1；又稱 CD274或 B7-H1）是重要的免疫檢查點蛋白，通過與其受體程序性細胞死亡蛋白1（programmed cell death protein 1，PD-1）結合，可以抑制T細胞激活，促進腫瘤的免疫逃逸［1］。目前，抗PD-1/PD-L1療法是除手術、化療、放療、靶向藥物等常見治療手段之外最新的腫瘤免疫治療方法之一。已有多個PD-1/PD-L1治療性單抗獲得美國食品和藥物管理局（food and drug administration，FDA）批準應用于臨床治療，包括納武單抗（nivolumab，商品名 Opdivo）、派姆單抗（pembrolizumab，商品名Keytruda）、阿特珠單抗（atezolizumab，商品名Tecentriq）和度伐單抗（durvalumab，商品名Imfinzi）等。在2019年，中國也批準了Imfinzi在國內的上市，用于肺癌的一線治療。

針對PD-1/PD-L1等檢查點的免疫療法在癌癥治療中取得了令人矚目的成績，然而許多患者在接受免疫治療藥物后并未達到預期效果［2］。最近的研究表明，腫瘤細胞和一些相關的免疫細胞膜表面PD-L1表達水平可能影響抗PD-1/PD-L1治療的臨床效果［3］。除腫瘤細胞自身因素外，腫瘤微環境因素包括浸潤性T細胞、巨噬細胞、腫瘤相關成纖維細胞（cancer-associated fibroblasts，CAF）等間質細胞及其分泌的炎癥細胞因子，可影響腫瘤細胞PD-L1表達，促進免疫逃逸，干擾抗腫瘤免疫的療效［4-6］。本文概述近年來炎癥細胞因子調控PD-L1表達及其分子機制的研究進展，以期為提高抗PD-1/PD-L1臨床療效及研究新的腫瘤免疫治療途徑提供參考。

1 PD-L1簡介

PD-L1主要表達在細胞膜上，是由CD274基因編碼的含290個氨基酸的I型跨膜蛋白，胞外段包含免疫球蛋白可變區結構域和恒定區結構域。其基因位于染色體9p24.1，包含7個外顯子，通過RNA剪接作用，可形成isoform a、isoform b和isoform c三個異構體，編碼分子量不同的亞型。PD-L1也是一種高度糖基化的蛋白，其氨基端可以連接不同數目的糖基，通常連接的糖基化修飾分子量可占到PD-L1本身的52%（17 kD/33 kD）［7］。目前認為糖基化作用可提高PD-L1蛋白的穩定性，同時封閉了對PD-L1抗原肽的識別，在抗PD-L1治療中起到了一定的阻礙作用［8］。

PD-L1在各種細胞類型中廣泛表達，包括腫瘤細胞、單核細胞、巨噬細胞、自然殺傷（natural killer，NK）細胞、樹突狀細胞、活化的T細胞等［9］。統計數據顯示，多數實體瘤細胞均可表達PD-L1，且PD-L1高表達可能與較差的預后相關［10］。在腫瘤細胞中，PD-L1表達可被多種內源、外源的信號調控，包括染色體變異、表觀遺傳修飾、異常的促癌或抑癌信號、炎癥因子和其他的因子等。這些信號可通過基因水平、轉錄水平、轉錄后修飾、翻譯水平、翻譯后修飾等多途徑、多層次調控PD-L1的表達和功能［11］。

2 炎癥細胞因子通過多種機制調控PD-L1表達

促腫瘤炎癥是惡性腫瘤的重要特征之一，其在腫瘤發生發展、侵襲轉移過程中發揮重要作用［12］。炎癥細胞因子是一類細胞因子的總稱，可由腫瘤細胞、免疫細胞和間質細胞生成，具有多種生物學效應。主要包括干擾素（interferon，IFN）、轉化生長因子（transforming growth factor，TGF）、腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor，TNF）和白細胞介素（interleukin，IL）等家族分子。腫瘤微環境中存在大量的炎癥細胞因子，如 IFN-γ、IL-6、IL-12、IL-17、TNF-α、TGF-β等，它們不僅可以募集炎癥細胞到腫瘤部位，放大炎癥效應，還可促進腫瘤細胞生長和轉移，促進腫瘤血管及淋巴管生成［13-14］。越來越多的證據表明，炎癥細胞因子的存在與免疫逃逸存在一定的關系。有研究證實在肝炎患者中，外周血單核細胞表面PDL1表達顯著上調，這些上調的免疫抑制分子有效地抑制了機體的免疫監視和清除作用，導致疾病的惡性發展［15］。有研究報道在良性黑色素瘤中，炎癥部位PD-L1表達顯著增高，且跟IFN-γ因子有較為密切的相關性［16］。還有更多的研究提示了炎癥細胞因子與腫瘤細胞PD-L1可能存在的調控關系。這里介紹不同家族中典型的炎癥細胞因子對腫瘤細胞PD-L1表達的調控作用和機制。

2.1 IFN-γ對PD-L1的調控作用 IFN-γ是一種具有廣泛生物學活性的重要細胞因子，主要由活化后的T細胞和NK細胞分泌，此外1型輔助性T細胞、巨噬細胞、肝細胞等也能產生。IFN-γ通過與其受體的結合起作用，功能性IFN-γ受體包含兩種亞基：IFN-γ受體1（IFN-γ receptor 1，IFN-γR1）和IFN-γR2，分別與Janus激酶（Janus kinase，JAK）1和JAK2相連。當IFN-γ與其受體結合后，JAK2和JAK1相繼磷酸化，招募并磷酸化信號轉導及轉錄激活蛋白1（signal transducer and activator of transcription 1，STAT1），激活下游通路［17］。樹突狀細胞、巨噬細胞等免疫細胞與腫瘤細胞均會表達IFN-γ膜受體［18］。研究顯示，在黑色素瘤中，IFN-γ可活化JAK/STATs信號通路，激活下游效應分子干擾素調節因子1（interferon regulatory factor 1，IRF1），IRF1作為核轉錄調節因子在轉錄水平上調PD-L1的表達［19］。IFN-γ也可通過誘導真核翻譯起始因子4F（eukaryotic translation initiation factor 4F，eIF4F）表達上調，促進STAT1蛋白翻譯，繼而增強PD-L1啟動子活性，促進PD-L1的表達［20］。在肝癌中也檢測到了相似的現象［21］。在肺癌中，來源于腫瘤相關巨噬細胞的IFN-γ可激活腫瘤細胞JAK/STAT和磷脂酰肌醇3-激酶（phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K）/蛋白激酶 B（protein kinase B，PKB）信號通路，活化下游效應分子，誘導PD-L1表達上調，使用特異性PI3K抑制劑可減少PD-L1的mRNA表達［22-23］。IFN-γ還可通過調控細胞周期素依賴性激酶5上調PD-L1表達，促進腫瘤細胞免疫逃逸，該作用可能由IRF1介導［24］。在結腸癌中，使用組蛋白脫乙酰酶6（histone deacetylase 6，HDAC6）抑制劑可有效抑制IFN-γ對PD-L1的上調作用，提示IFN-γ/HDAD6通路的活化也是介導PD-L1表達上調的重要機制［25］。

2.2 TGF-β對PD-L1的調控作用 TGF-β超家族信號轉導通路對細胞生長、分化和發育的調節發揮重要作用。腫瘤微環境中的多種細胞均可分泌TGF-β，如CAF、腫瘤干細胞、調節性T細胞、腫瘤細胞等［26］。TGF-β信號通路由TGF-β受體復合物介導，當胞外因子TGF-β與受體結合后，受體復合物活化并招募Smad家族蛋白，誘發入核或與轉錄分子共作用以調控基因表達［27］。在某些情況下，TGF-β信號轉導也可以影響Smad非依賴通路，包括PI3K、絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）和核因子κB（nuclear factor-κB，NF-κB）通路等［28］。在癌癥晚期患者的血液中通常檢測到高濃度的 TGF-β［29］。有研究表明，在肺癌細胞中，腫瘤相關巨噬細胞富集的區域往往有更高的TGF-β和PD-L1表達，使用TGF-β抑制劑能有效抑制PD-L1的上調［30］。在順鉑耐受的肺癌細胞株中，脂肪酸合酶（fatty acid synthase，FASN）-TGF-β-PD-L1通路高度活化，敲減FANS或阻斷TGF-β信號轉導，均可有效抑制PD-L1表達［31］。在腫瘤細胞中，TGF-β可誘導轉錄因子β-catenin表達，進而轉錄調控寡糖基轉移酶復合物催化亞基STT3表達上調，有效促進PD-L1糖基化增強，穩定PD-L1蛋白的膜表達水平，促進腫瘤細胞免疫逃逸，且該信號通路在腫瘤干細胞中效應更強［32］。在小鼠結直腸癌模型中，TGF-β活化型的微環境限制了anti-PD-L1抗體的療效［33］，推測該效應可能與TGF-β增強PD-L1糖基化有關。多項研究也表明在使用免疫檢查點抑制劑治療過程中輔助抗TGF-β治療能取得更好的療效［34-35］。

2.3 TNF-α對PD-L1的調控作用 TNF-α主要在脂多糖等的刺激下由單核-巨噬細胞分泌，在腫瘤發展中扮演雙重角色，既可作為抗癌因子抑制腫瘤發展，也可抑制免疫功能，促進腫瘤逃逸［36］。TNF-α可激活細胞內多條信號通路，包括NF-κB、PKB和細胞外信號調節激酶（extracellular signal-regulated kinases，ERK）等［37］。目前有研究證明，TNF-α可上調去泛素化酶COP9信號體復合物亞基5（COP9 signalosome complex subunit 5，COPS5；也叫CSN5），減少PD-L1泛素化修飾以穩定蛋白表達，其主要機制是TNF-α-NF-κB-CSN5通路的活化［38］。在肺癌細胞系中，腫瘤相關巨噬細胞來源的TNF-α被腫瘤細胞表面相應受體識別后，可引起腫瘤細胞NF-κB通路激活，增強PD-L1啟動子活性，在轉錄水平上調控PD-L1表達［39］。在結直腸癌和前列腺癌細胞株中，TNF-α可誘導PD-L1 mRNA及蛋白水平的上調，與IFN-γ有協同效應，可能的機制是高水平的TNF-α和IFN-γ可激活NF-κB、ERK和PKB等效應分子，誘發細胞內更廣泛的生理學變化［40］。有研究證明，TNF-α還可通過上調腫瘤細胞表面IFN-γ受體，增強細胞對IFN-γ的響應進而上調PD-L1表達水平［41］。

2.4 IL-6對PD-L1的調控作用 IL-6是一種分子量為26 kD的糖蛋白，可由多種類型的細胞產生，包括T細胞、B細胞、單核細胞、巨噬細胞、成纖維細胞、內皮細胞和一些腫瘤細胞等。IL-6的生物學活性主要通過IL-6受體（IL-6 receptor，IL-6R；也稱CD126）和糖蛋白130（glycoprotein 130，gp130；也稱CD130）兩個膜受體實現，其中IL-6R主要負責配體的結合，之后的信號傳導作用主要由gp130完成［42］。目前已知的 IL-6下游通路有 JAK-STAT、MAPK-ERK、PI3KPKB等［43］。一些研究表明，IL-6在多種惡性腫瘤中的過表達能夠調控癌細胞的增殖、分化及凋亡，并且癌癥患者血液中較高水平的IL-6與其不良預后密切相關［44-45］。IL-6缺失可明顯抑制腫瘤的轉移，有效增強anti-PD-L1療效［46］。在膠質母細胞瘤中，腫瘤細胞來源的IL-6可激活髓系細胞內STAT3分子，在轉錄水平誘導PD-L1表達升高，抑制T細胞激活，促進腫瘤惡性進展，阻斷IL-6可有效抑制腫瘤生長［47］。在黑色素瘤中，免疫耐受型抗原提呈細胞（antigen-presenting cells，APC）可自分泌IL-6等多種促炎因子，通過激活自身MAPK/STATs家族促進PD-L1高表達，主要機制為STAT3結合于PD-L1啟動子區，驅動PD-L1轉錄，高表達的PD-L1可抑制APC對T細胞的刺激活化，抑制機體免疫反應［48］。有研究觀察到，在肝癌細胞中IL-6/JAK1/STT3A信號通路可作用于PD-L1翻譯后修飾水平，IL-6激活的JAK1會磷酸化PD-L1蛋白第112位酪氨酸，進而招募STT3A對PD-L1進行糖基化修飾，氨基端修飾后的PD-L1不僅更穩定，而且對PD-1的親和能力也更高，極大地促進了腫瘤細胞的免疫逃逸［49］。在腫瘤治療中，輔助IL-6R阻斷治療可有效促進抗腫瘤免疫，增強治療效果［50］。

上述4種炎癥細胞因子調控PD-L1表達的示意圖見圖1。

3 展望

迄今，腫瘤微環境在腫瘤發生發展中的作用及其與抗腫瘤治療的關系日益受到重視。上述眾多研究表明，炎癥細胞因子作為腫瘤微環境中的重要成分，在促進腫瘤惡性進展的同時，還可通過誘導PDL1高表達等機制促進腫瘤細胞的免疫逃逸，是提高抗PD-1/PD-L1腫瘤治療臨床療效的重要契入點。然而，目前對于炎癥細胞因子調控PD-L1表達的具體機制還有待厘清，靶向腫瘤微環境干預腫瘤免疫逃逸的實驗研究還比較少，使用何種抑制劑、應用在調控通路的哪一環節等還有待進一步臨床探索。這些問題的進一步闡明將有助于腫瘤的臨床精準治療，為抗腫瘤聯合用藥提供新的參考，并促進發現新的抗腫瘤治療靶點和研發新的抗腫瘤藥物。

Figure 1.Schematic diagram of major inflammatory cytokines in tumor microenvironment regulating PD-L1 expression through various mechanisms.圖1 腫瘤微環境中主要炎癥細胞因子通過多種機制調控PD-L1表達示意圖