肿瘤

PD-1和PD-L1抗体在癌症治疗中的现状与未来

作者:Snoopyly 来源:生物制品圈 日期:2017-05-09
导读

         随着近期PD-1/PD-L1轴阻断作用于实体瘤试验的成功,免疫疗法在癌症治疗中已升至中心地位。程序性死亡受体-1或DP-1是T细胞上的检查点分子,在正常人体中,对限制适应性免疫、阻止自身免疫与自身炎性反应起着重要作用。在本文中,我们将简短概括支持开发PD-1/PD-L1阻断剂的科学背景,然后描述这类抗体在各组织中从治疗黑色素瘤和肺癌到非常见癌症的轨迹记录,以及可协助筛选病患的生物标记物。

关键字:  PD-1 |  | PD-L1 |  | 抗癌 |  |  

        随着近期PD-1/PD-L1轴阻断作用于实体瘤试验的成功,免疫疗法在癌症治疗中已升至中心地位。程序性死亡受体-1或DP-1是T细胞上的检查点分子,在正常人体中,对限制适应性免疫、阻止自身免疫与自身炎性反应起着重要作用。在本文中,我们将简短概括支持开发PD-1/PD-L1阻断剂的科学背景,然后描述这类抗体在各组织中从治疗黑色素瘤和肺癌到非常见癌症的轨迹记录,以及可协助筛选病患的生物标记物。

        背景介绍

        PD-1或程序死亡-1在1992年首次作为基因被发现并进行了克隆,其可转录诱导T细胞程序化死亡。随后发现在激活的T、B和骨髓细胞上表达,其胞浆区含有一个免疫受体络氨酸抑制基序。敲除PD-1基因的鼠会出现狼疮样风湿病和血管球性肾炎,随着鼠龄增长出现IgG3为主的沉积,与狼疮MRL鼠报道类似。MRL狼疮鼠由lpr突变导致发病加速和症状严重。当2C-TCR(抗H-2Ld)转基因鼠在H-2b/d背景下PD-1基因缺失的纯合子体中,出现慢性植体抗宿主疾病。由此显出PD-1是一个T细胞分子,可限制T细胞活性、抑制增殖和提升耐受性。PD-1由休眠T细胞低水平表达,也发现一些慢性传染病动物模型中被研究者称为“耗竭”的T细胞表达。在各类上皮癌、血液癌和其他恶性肿瘤的患者循环系统中存在高水平的PD-1。且肿瘤浸润性淋巴细胞,包括T细胞,具有肿瘤抗原特异性,推测可能由于慢性抗原刺激导致。这些肿瘤相关PD-1表达的效应细胞是功能障碍型,其生物学功能可以通过PD-1或PD-L1阻断抗体部分恢复。PD-1受体的配体为PD-L1和PD-L2,配体分子均在抗原提呈细胞中发现。其中PD-L1常在上皮癌或其他类型癌细胞中表达,产生肿瘤微环境对T细胞的抑制作用。由于PD-L1在肿瘤微环境中的高表达,导致浸润T细胞产生γ干扰素。肿瘤细胞诱导PD-L1的表达可能是种适应抵抗机制,肿瘤细胞对发展中的抗肿瘤免疫应答的一种反应。

        另外,在神经胶质瘤中抑癌蛋白PTEN减少与PD-L1表达的增加密切相关,而乳腺癌细胞中更是3倍量的减少。PD-L1还可以通过像浸润免疫细胞分泌γ干扰素一样的内在致癌途径上调表达。PD-1和PD-L1是由肿瘤微环境中不同细胞成分表达,它们相互作用可以抑制T细胞免疫。PD-L1与PD-1相遇后可导致T细胞的凋亡,不应答,“耗竭”和分泌白介素10。PD-L1的表达可以保护分泌它的癌细胞免遭CD8+T细胞介导的溶解作用。除了与PD-1相互作用外,在鼠模型中发现PD-L1还可和CD80相互作用。激活的T细胞和抗原提呈细胞(ACPs)可表达CD80,在遇有PD-L1时起受体和抑制信号递质的作用。也发现PD-L1可作为受体“反”传递信号至T细胞和肿瘤细胞,从而影响这些细胞的存活,其机制暂未确定。最后,PD-1和PD-L1可有T调节细胞表达并控制它们功能,且天然免疫因素如NKT细胞可能也参与PD-1/PD-L1回路。因此,PD-L1既可以作为配体又可以作为受体执行免疫调节功能。依据这些信息,开发抗体干扰和阻止PD-1和PD-L1间相互作用看上去是合适的(表 1)。

        PD-L1表达和肿瘤微环境

        预测肿瘤对PD-1阻断剂的反应依然是个挑战。明显的,预先存在的抗肿瘤免疫中抗原特异性CD8+T细胞受PD-1/PD-L1负调控,所以PD1阻断剂对此有疗效。用免疫组织化学法评估PD-L1表达是一种预测肿瘤对PD-1阻断剂反应貌似不错的生物标记法。然而,无论对肿瘤细胞上还是浸润免疫细胞上的PD-L1的表达进行评估,在用免疫组织化学法进行测量是一种存在高度变异性、异质性和动态标记法,这固有属性导致其在预测PD-1/PD-L1阻断剂效应时的局限。

        另外,PD-L1表达细胞在肿瘤微环境的位置也重要。在一项黑色素瘤的研究中,利用pembrolizumab进行治疗,连续采集肿瘤样本发现在有反应患者中肿瘤内CD8+T细胞出现扩增。这些患者中的预治样本显示表达PD-1和PD-L1的CD8+T细胞在浸润边缘,该情况也在随后的基于CD8表达预测模型的另一个独立15名病患的队列中得到验证。虽然如此,3种免疫组织化学法检测PD-L1表达的方法最近被FDA批准用于指导治疗尿路上皮癌、黑色素瘤和非细小细胞肺癌方案的确定,每个用不同的方法,不同的阈值筛选PD-L1过量表达。其他的如Ventana SP263方法也正在开发,这个是随durvalumab(Astra Zeneca/Medimmune)一起被研制的(表 2)。除了技术的挑战和PD-L1表达检测方法的不同外,每种方法看似显示出表达与反应的关系。在许多肿瘤细胞中,真正PD-L1阳性的肿瘤细胞数量比例可能很低;在BMS试验被定义为DAKO阳性中就5%或多些。PD-L1免疫组织化学法比较蓝图项目(The Blueprint PD-L1 IHC Assay Comparison Project)是四家药企(AstraZeneca PLC阿斯利康,Gaithersburg盖瑟斯堡,MD马里兰州;Bristol-Myers Squibb Company百时美施贵宝公司;Genentech,Inc.基因泰克和Merck & Co. Inc.默克)和两家诊断公司(Agilent Technologies Inc.安捷伦/Dako Corp达科, Carpinteria卡平特利亚, CA加利福利亚和Roche罗氏/Ventana Medical Systems, Inc本塔纳医疗系统, Mountain View芒廷维尤, CA加利福利亚)开展的主要合作,比较和发现每个他们的PD-1/PD-L1 IHC方法的特征以期进行调和。该项目I期情况在2016年AACR年会上进行了展示,关注在一个非小细胞肺癌病患小队列中调和PD-L1表达检测方法的可行性,并显示已经临床验证且检测方法间具有可调和性。II期将需要较大努力就最近的发现进行验证。虽然如此,PD-L1表达与对PD-1/L1靶向治疗反应的关联性还是较高的,PD-L1阴性不能排除反应,所以在临床上应用受限因为现今无法排除治疗无反应的病患。

        表 2 PD-L1免疫组织化学分析法

        TC肿瘤细胞膜,IC浸润免疫细胞

        非T细胞炎性肿瘤(即“冷”肿瘤)基本不对PD-1/L1阻断剂起反应,所以了解驱动免疫排除的机制对于开发选择性的治疗策略很重要。一个重要的人黑色素瘤样本初步研究显示,WNT/b-catenin信号通路的激活与T细胞基因表达信号的缺失相关联。在自发性小鼠黑色素瘤模型中发现,WNT/b-catenin信号看上去是肿瘤固有的,用来调节抗PD-L1和CTLA-4治疗抗性的。一个γ干扰素基因信号的改变看上去对决定PD-1阻断剂抗性很重要,且PTEN表达缺失也与检查点抑制剂抗性有关。类似的机制也掌控着尿路上皮癌的抗性,预示着免疫排除的普遍通路,其中许多可以靶向定位,除了β-catenin外如FGFR3,证实在临床上需要进一步的调查。

        突变负荷和新生抗原

        体细胞在肿瘤基因组中的变化,如突变、重排、插入和删除变化,可能导致具有编码突变蛋白的能力(新抗原),从而被宿主的免疫系统识别并产生抗肿瘤免疫。涉及许多产生免疫原性新抗原的机制。包括与MHC的多肽结合域新生的亲和力,形成新的TCR接触残基,或蛋白体剪切位点的改变导致MHC提呈过程更为高效或导致产生本不会表达的新的多肽,这些都会通过任何基因组损伤产生,无论是功能性或传递性的事件。因此,总体评估肿瘤中基因组稳定性的突变负荷,可以预测新抗原发展情况,且肿瘤抗原特异性T细胞有很大可能性地产生。突变负荷与对免疫检查点抑制剂有反应间的关系,在ipilimumab治疗晚期黑色素瘤中首次被发现。后续研究显示对PD-1和PD-L1阻断剂有高反应率的肿瘤中具有极高的突变负荷(黑色素瘤、NSCLC、SCCHN,胃癌和大多数近期的尿路上皮癌)。相比较,具有相对极低突变负荷的肿瘤对PD-1阻断剂的反应率也极低。尤为显着的是胰腺和前列腺癌,虽然在肿瘤亚型中有许多各种变异密度(高达2个数量级)本指望有异常反应的。将突变负荷作为一种临床上指导PD-1治疗的有用的生物标记物的挑战在于鉴别出可确证排除不合适治疗的特定病患的大量终止,而这却受限于现有的分析手段。

        另外,新抗原性以外的宿主或肿瘤因子对预测治疗反应可能同样的重要。其他包括CD4+细胞对肿瘤新抗原的反应中所起角色和宿主T细胞库这些额外的变量需要考虑。最近数据显示肿瘤内部表达多种检查点如PD-1和CTLA-4的T细胞的表型可能与治疗结果相关。表观基因机制可能对突变抗原和非突变自身抗原的表达进行调控,肿瘤微环境的异质性是能成功进行免疫治疗的独特挑战。肿瘤微环境的抑制机制包括局部细胞因子浓度(例如,IL-10,TGF-beta),其他的免疫检查点(例如,TIM3,LAG3,OX40)和代谢酶的存在(例如,IDO1和精氨酸酶)可能会产生高度免疫抑制的微环境,因此消除即使在PD-1阻断剂背景下的肿瘤抗原特异性T细胞的功能。

        肠道微生物与免疫检查点阻断剂的反应

        另外一种预测PD-1阻断剂反应率的潜在生物标记物正在研究中,即肠道微生物的组成。在黑色素瘤模型中,Bifidobacter种属菌多的鼠观察到具有自发抗肿瘤免疫能力,而该能力随着同笼饲养或在粪便转移后消失。进一步的,单独口服Bifidobacterium提高肿瘤控制与PD-1阻断类似,PD-1阻断剂与之联合用药效果显着增强且感觉是通过增强树突状细胞功能导致CD8+T细胞致敏和肿瘤浸润增强。在晚期黑色素瘤患者中,一项研究表明Bacteroides种属(Bacteroides fragilis和thetaiotaomicron species)可能对CTLA-4阻断剂就抗肿瘤免疫有调节类似作用。肠道微生物在抗肿瘤免疫扮演的角色,似乎通过多种机制起作用。其与检查点阻断剂相互作用正前瞻性地被多种其他研究探索,可能将来会作为指导免疫治疗有用的工具。

        联合治疗和未来方向

        靶向PD-1/L1轴抗体的效果无疑戏剧性地引导我们对癌症治疗总体方法和对宿主-肿瘤生物学的理解的改变。肿瘤内T细胞炎性是预先存在抗肿瘤免疫且预示着对PD-1/PD-L1阻断剂有反应。联合策略和治疗是靶向可替代免疫调节途径,瞄准定位对单独使用PD-1/L1治疗无效的肿瘤。靶向另外的检查点如CD137,OX40和IDO的抗体,现今正在各类实体瘤中进行单独给药和联合给药的研究。进一步,诱导突变的传统癌症治疗法,包括放疗和化疗,也可能与免疫检查点阻断剂成功配对使用,这样的研究也在开展中。使用疫苗方法如局部注射TVEC和使用放射性诱导局部免疫原性细胞死亡的方法可增强检查点抑制剂的功效。PD-1阻断剂和CTLA-4阻断剂联合使用已在黑色素瘤中取得成效,且最近该策略对肺癌和泌尿生殖系统癌的多种组织均有效,虽然伴随着较高比例的3-4级免疫相关副作用事件,尤其是肺炎。在这些疗法改变ipilimumab的剂量和给药方案可降低毒性,同时依然保持临床疗效。

        最后,现代免疫治疗的到来需要研究者们重新定义传统的癌症治疗的临床疗效终点,现在的定义不能准确的把控免疫治疗的潜在获益。免疫治疗的反应可能滞后且体现出非典型的动力学,但通常具有持续性(不像细胞毒素化疗法),因此终点需关注较长时间随访中里程碑式的存活(即“曲线的尾部”)对于评价临床获益更为准确。免疫系统的动态变化和适应性使得生物标记物的研发受到挑战,但同样使得维持跟进肿瘤进化步伐成为无限潜在的可能,也使得先前传统癌症疗法无法获得的持久效果成为可能。

        原始出处:

        Balar AV, Weber JS.PD-1 and PD-L1 antibodies in cancer: current status and future directions. Cancer Immunol Immunother. 2017 May;66(5):551-564

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