外周血CD4+T、CD8+T細胞PD-1表達對NSCLC診療及評估的新進展

張龍志 山長婷 程曼曼 呂高超 徐靜 王嫻瑋

一、肺癌現狀

肺癌作為全球癌癥死亡的主要原因,在世界范圍內死亡率第一、發病率第二[1-3]。在中國,肺癌不僅發病率第一,而且死亡率也位居惡性腫瘤之首[4-5]。2020年癌癥數據顯示[4],中國新發肺癌約82萬例,死亡72萬例,面對吸煙、二手煙暴露、空氣污染、人口老齡化加劇等因素,中國肺癌發病率和死亡率仍呈現上升趨勢[5-6]。

肺癌根據病理學特征分為小細胞肺癌(small cell lung cancer,SCLC)和非小細胞肺癌(non-small cell lung cancer,NSCLC),其中NSCLC約占80%～85%[7-10];肺癌患者發病后不僅進展快,而且轉移迅速,多數患者就診時已發展為中晚期局部侵犯或遠端轉移,即使治療其預后也不容樂觀。在中國,NSCLC患者Ⅱ期5年生存率約為55%、Ⅲ期20%左右、Ⅳ期不到5%[9-10]。隨著腫瘤進展機制被人們深入研究,腫瘤免疫治療已進入高峰階段。免疫檢查點抑制劑(ICIs)中的PD-1抑制劑已經改變了癌癥治療,成為包括NSCLC在內的多種癌癥的治療標準。與細胞毒化療相比,ICIs顯示出更好的臨床療效和更少的毒性。雖然一些接受ICIs治療的NSCLC患者已經取得了持久的臨床反應,但是受益的患者不超過40%[1,8,11-12],只有少數患者表現出長期持久的反應,其療效并不像黑色素瘤[13]那么好,這可能與肺部腫瘤在組織學、分子生物學和呼吸道免疫等方面的異質性有關。而且目前還沒有明確的生物標志物可以預測ICIs的療效,因此急需一種反映免疫抑制劑預測性和預后性的生物標志物來指導臨床治療與決策。

二、PD-1結構及功能概述

程序性細胞死亡蛋白1(programmed cell death protein 1,PD-1)是免疫細胞上表達的一種免疫抑制蛋白分子,其由胞外免疫球蛋白可變區樣結構域、跨膜區以及胞內區組成,其中胞內區包括C端和N端氨基酸殘基,含有2個獨立的磷酸化作用位點,分別為免疫受體酪氨酸抑制基序和免疫受體酪氨酸轉換基序[14-15]。在免疫應答進程中,通過酪氨酸的磷酸化作用,發揮對原受體刺激信號的拮抗效應,在負性調控進程中發揮關鍵性功能。

PD-1廣泛表達于T細胞、B細胞、自然殺傷細胞和髓系細胞[14-15],但不表達靜止T細胞[14,16];其有兩個配體,程序性死亡蛋白配體1(programmed death ligand 1,PD-L1)和PD-L2。PD-L1作為B7家族中負性T細胞刺激分子[17],主要表達于造血細胞(包括T細胞、B細胞、樹突狀細胞和巨噬細胞等),以及一些非造血細胞(包括血管內皮細胞、胰島細胞、胎盤合體滋養層細胞和角質形成細胞)[14-15]和腫瘤細胞[14,18]表面;而PD-L2主要表達于樹突狀細胞、巨噬細胞、肥大細胞等[14,18]。PD-1與其配體結合后,PD-L1/PD-L2可激活 PD-1并誘導T細胞活性下調、細胞因子產生減少、T細胞發生裂解并誘導抗原耐受[15,19],從而削弱免疫反應。PD-1作用于T淋巴細胞誘導其無反應性,相反將PD-1/PD-L1阻斷干預后,T淋巴細胞可重新活化;同時PD-1可誘導T淋巴細胞功能耗竭,抑制T細胞的腫瘤殺傷活性;因此PD-1具有在免疫細胞中誘導和維持外周免疫耐受[20-21]、保護組織免受免疫攻擊、抑制感染和腫瘤免疫以應對感染或腫瘤進展[14-16,21]的功能。

三、CD4+T、CD8+T細胞概述

免疫是指機體對于外部病原體的入侵所產生的反應,其在病毒感染、腫瘤免疫應答等方面起重要作用,尤其細胞免疫。細胞免疫指T細胞介導的免疫應答,即T細胞受到抗原刺激后,分化、增殖、轉化為致敏T細胞,當相同抗原再次進入機體,致敏T細胞對抗原有直接殺傷作用及致敏T細胞所釋放的細胞因子有協同殺傷作用[22-23]。T細胞作為細胞免疫的主要細胞,在免疫應答過程中發揮中樞性作用。人類外周血T細胞最主要的為輔助性T細胞(Th細胞)和細胞毒性T細胞(CTL),按其細胞表面CD分子表型的不同,分為CD3+CD4+CD8-的CD4+T細胞和CD3+CD4-CD8+的CD8+T細胞,其中Th細胞的主要表面標志是CD4,CTL的主要表面標志是CD8[23-26]。

1 CD4+T細胞

CD4+T細胞作為人體免疫系統中重要的免疫細胞,識別由13～17個氨基酸殘基組成的外源性抗原肽,與MHCⅡ類分子的非多肽區結合,活化后可分化為Th細胞和調節性T細胞(Treg細胞)[27-28]。不同的CD4+T細胞分泌不同類型的細胞因子參與細胞免疫和體液免疫應答,從而介導炎癥反應和超敏反應。

CD4+T細胞主要為Th細胞,通過分泌多種淋巴因子,其具有協助體液免疫和細胞免疫的功能。CD4+T細胞激發的特異性細胞免疫應答,可引起以淋巴細胞和單核吞噬細胞浸潤為主的滲出性慢性炎癥[23,29]。此外,CD4+T細胞抑制分子的上調以及活化分子的下調,有利于維護細胞和體液免疫反應平衡;Treg細胞具有免疫抑制功能,CD4+Treg細胞誘導抑制作用的發生[30]。CD4+CD25+Treg細胞參與體內免疫反應,具有免疫調節功能[22,31-32]。同時,Imai N等[28]人發現,CD4+T細胞的存在是產生多功能腫瘤特異性CD8+T細胞的必要條件,它在體內的持久性使腫瘤消退得到加強。

2 CD8+T細胞

CD8分子是一種白細胞分化抗原,為部分T細胞表面所具有的一種糖蛋白,用以輔助T細胞抗原受體(TCR)識別抗原并參與T細胞活化信號的轉導,又稱為TCR的共受體[33-35]。表達CD8分子的T細胞即CD8+T細胞,通常在活化后分化為細胞毒性T細胞(CTL)和抑制性T細胞(Ts),后者具有抑制體液免疫與細胞的功能[34],而前者在特異性免疫應答的效應階段,能通過釋放穿孔素、顆粒酶殺傷靶細胞或通過Fas/FasL通路介導靶細胞的凋亡[36],表達PD-1的CD8+T細胞在急性感染過程中也會產生細胞毒性分子[37]。所以,CD8+T細胞是人體免疫系統中一種重要的效應細胞。

CD8+T細胞能夠特異性地殺傷靶細胞[33],故CD8+T細胞主要為CTL,表現為細胞毒性。此外,其還具有B細胞的輔助活性和自我反應的抑制(即T細胞調節)[38]兩種功能特性。而且,外周血CD8+T細胞比CD4+T細胞更具有自我反應性[31]。

四、PD-1對免疫細胞的負性調控

PD-1作為抑制性受體通過與相應配體作用抑制T細胞進一步激活,從而防止免疫反應無限擴大,維持其處于動態的平衡。PD-1/PD-L1通路不僅是健康人體免疫調節作用中重要的一環,而且影響T細胞的分化[14,39]。在癌癥和(或)感染的病理條件下,PD-1/PD-L1的異常表達可導致免疫細胞功能障礙,抑制T細胞反應,并可通過免疫抑制作用促進腫瘤或感染進展[20,30,40]。T細胞(特別是CD4+T細胞、CD8+T細胞)上的PD-1和腫瘤細胞或抗原呈遞細胞(APC)上的PD-L1之間的相互作用,使T細胞的激活和T細胞介導的腫瘤細胞殺傷力變弱,其通過參與程序性細胞凋亡過程,對活化的T淋巴細胞進行負性調控,這一過程被認為是引起免疫抑制的重要原因[39,41]。

五、外周血CD4+T、CD8+T細胞PD-1表達水平與NSCLC

腫瘤的發生發展過程與免疫系統的相互關系分為三個階段:清除、平衡和逃逸。具有逃逸能力的腫瘤細胞可通過其表面的PD-L1和淋巴細胞表面的PD-1結合,從而逃脫免疫系統識別。

研究發現[15,42],與CTLA-4在免疫反應早期和主要在淋巴結中抑制T細胞激活不同,PD-1主要在外周組織中抑制免疫反應后期的T細胞,使PD-1途徑阻斷對抗腫瘤T細胞具有更特異的效果,同時與CTLA-4阻斷相比毒性更小。當人體患腫瘤時,腫瘤細胞上的PD-L1處于高表達狀態,PD-L1的高表達可削弱T細胞的殺傷活性,顯著增強腫瘤的致瘤性和侵襲性,PD-L1與CD8+T細胞上的PD-1相結合,傳遞出抑制性調節信息,抑制CD8+T細胞的細胞活性,使相應的細胞凋亡或引起免疫調節功能失效,導致機體免疫系統無法有效監測和殺死腫瘤細胞[43];PD-1/PD-L1通路使T細胞向調節性T細胞和衰竭T細胞分化,導致T細胞抗腫瘤作用減弱,當PD-1和PD-L1的結合被它們的抑制劑阻斷時,相應的負性調節信息被阻斷,T細胞則恢復免疫監測和殺傷作用[44-45]。Fameli A和Gu Y等[40,46]發現T細胞表面PD-1的表達在外周血和肺部組織浸潤的T細胞之間存在相關性; Zhang B[47]和Xia L等[48]則證實外周血T細胞(尤其CD4+T、CD8+T)PD-1的表達與NSCLC患者臨床特征及腫瘤大小之間存在相關性,同時Gu Y等[46]發現NSCLC患者血清PD-1較無腫瘤患者明顯降低,尤其是在NSCLC Ⅰ期患者。NSCLC患者外周血CD4+T、CD8+T細胞PD-1表達水平降低,我們考慮與腫瘤細胞上高表達的PD-L1與其結合有關。因此通過檢測外周血CD4+T、CD8+T細胞PD-1表達作為NSCLC患者臨床生物指標可以避免肺組織活檢侵入性創傷及潛在的并發癥風險。

PD-1的表達與晚期NSCLC的CD4和CD8群體的激活和衰竭有關[41]。有報道稱,表達PD-1的CD4+T細胞活躍增殖是胃癌患者病情過度進展的可靠標志[49],接受ICI治療的惡性黑色素瘤患者中,表達PD-1的CD4+T細胞的下降預示著良好的臨床結果[50]。PD-1或PD-L1單抗干預后雖然不影響CD4+T細胞的增殖,但顯著影響T細胞的細胞毒作用。對于CD4+T細胞數量相近的患者,PD-1的表達水平差異可顯著影響患者免疫功能的抗病毒能力。PD-1在CD4+T細胞上的高表達與不良臨床結果密切有關,表現為NSCLC患者的OS和PFS明顯縮短,這具有預示性,表明該標記物在預測對PD-1通路抑制劑的反應方面具有潛在價值,因為PD-1的高表達與抗PD-L1治療后的臨床結果較差有關[14-16,51]。同時Xia L等[48]也闡明了外周CD4+T細胞特征在預測中國NSCLC患者對抗PD-1治療反應方面的作用。同時,外周血免疫T細胞上的PD-1表達被認為反映了PD-1/PD-L1軸的激活情況,從而反映了患者對ICIs的敏感性[52]。有研究顯示,表達高水平PD-1或PD-L1的CD8+T細胞的存在可預測NSCLC對抗 PD-1治療的反應[53]。外周循環淋巴細胞作為晚期NSCLC患者的生物標志物有很好的效果;CD8+T細胞在腫瘤侵襲部位的密度是影響ICIs治療效果的一個預測指標[34,54]。Mazzaschi G等[55]證實CD8+T細胞表達的PD-1與ICIs良好預后有關;Hurkmans DP等[51]同樣證實在ICIs早期阻斷下增殖的CD8+T細胞表達PD-1與良好的預后有關。因此我們推測,NSCLC患者外周血中的CD4+T、CD8+T細胞的PD-1表達可以作為潛在的預后性和預測性的生物標志物。

六、外周血CD4+T、CD8+T細胞PD-1表達水平作為NSCLC患者臨床診療指導及評估的展望

PD-1/PD-L1通路在自身免疫調節、腫瘤免疫等方面具有非常重要的作用,是自身免疫性疾病和腫瘤的潛在藥物治療靶點。對于腫瘤而言,活檢組織腫瘤細胞上的PD-L1表達是目前唯一用于選擇患者對ICIs潛在敏感性的生物標志物,但其需要腫瘤活檢組織以及對腫瘤患者免疫狀態評估。

綜上所述,在病情評估方面,通過檢測外周血T淋巴細胞及其PD-1的表達水平可以判斷NSCLC患者腫瘤進展情況評估疾病狀態、腫瘤治療效果以及了解患者當前的機體免疫狀態等方面提供實驗室檢測依據。在臨床治療方面,外周血T淋巴細胞PD-1的表達水平可作為一種檢測工具來判斷PD-1或PD-L1抑制劑藥物與腫瘤細胞的結合情況以及評估免疫治療效果;同時可以作為預測PD-1或PD-L1抑制劑發生不良反應的潛在性生物標志物。