薛乙 陶磊

头颈部鳞状细胞癌(head and neck squamous cell carcinoma, HNSCC)在头颈部肿瘤中占有很大比例，是全世界第6位最常见的恶性肿瘤类型[1]，其在中国每年的发病率接近135.1/10万人[2]，是癌症相关疾病和死亡的主要原因之一。HNSCC复发或转移后，其中位生存期在9个月左右。HNSCC的治疗方法包括手术、放疗、化疗、免疫疗法及各种联合疗法。免疫治疗是目前重要的研究领域。最近，阻断程序性死亡蛋白-1(programmed cell death-1，PD-1)/程序性死亡配体(programmed death ligand， PD-L1)通路的免疫抑制剂在多种肿瘤(例如肺癌、黑色素瘤、肾癌、膀胱癌、结肠癌等)的治疗中取得了显著疗效。随着nivolumab和pembrolizumab相继被美国食品和药品监督管理局(FDA)批准用于非小细胞肺癌[3]的治疗，免疫检查点抑制剂在癌症(包括HNSCC)的治疗得到了迅速发展。本文就PD-1/PD-L1信号通路的结构、功能及其抗体在头颈部肿瘤尤其是HNSCC的治疗现状进行综述。

1 PD-1/PD-L1信号通路概述

Ishida等[4]最先克隆得到 PD-1 基因。PD-1是相对分子质量为55×103的Ⅰ型跨膜蛋白，是CD28/B7家族的一员[5]，包括1个跨膜区、茎、免疫球蛋白超家族区和含有免疫受体酪氨酸抑制基序(immunoreceptor tyrosine-based inhibitory motif, ITIM)及免疫受体酪氨酸转化基序(immunoreceptor tyrosine-based motif, ITSM)的胞内区[6]。PD-1与细胞毒性T淋巴细胞相关抗原4(cytotoxi-T-lymphocyte-associated protein 4， CTLA-4)的氨基酸序列有23%同源性,在免疫应答中具有负性调节作用[5]。PD-1在T细胞、树突细胞(dendritic cell, DC)、B细胞和自然杀伤细胞上表达[6]。PD-1有2个配体，即PD-L1(B7-H1，CD274)和PD-L2(B7-DC,CD273)，二者均属于免疫球蛋白超家族成员[7]。

PD-L1(B7-H1，CD274)由Dong等[8]分离出来并命名为B7-H1，是与B7-1和B7-2同源的分子，随后证实B7-H1是PD-1的配体，命名为PD-L1。PD-L1有2个已知的受体，即PD-1和B7-1(CD80)。PD-L1在多种细胞上广泛表达,包括专职抗原呈递细胞(antigen-presenting cells，APCs)和非专职APCs、非造血细胞、血管内皮细胞、胰岛细胞及其他细胞[9]。炎症因子包括Ⅰ型和Ⅱ型干扰素、肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor-α,TNF-α) 和血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)[9]可诱导PD-L1的表达。PD-L2(B7-DC,CD273)是PD-1的另一配体。PD-L2主要在DC和单核细胞上表达。虽然PD-L1是PD-1的主要配体，但是PD-L2与PD-1结合的亲和力比PD-L1高2～6倍[9]。

2 PD-1/PD-L1信号通路的功能

PD-1及其配体具有多种生理功能，在免疫应答中主要表现为抑制作用[5]。在T细胞上，PD-1与配体结合后，使胞质区的ITIM和ITSM磷酸化，募集SH2结构域酪氨酸磷酸化酶-1(Src nomology 2-domain-containing tyrosin phosphatasel 1, SHP-1)和SHP-2与ITSM和ITIM结合，下调Bcl-XL的表达和调节T细胞分化，从而向T细胞传递抑制性信号[6]。与此同时，PD-1偶联受体可以抑制PI3K/Akt/mTOR 和Ras/MEK/Erk通路，引起氨基酸和糖代谢的下调，增加脂肪酸的氧化，与表达在肿瘤细胞上的PD-L1作用，可增强调节性T细胞(regulatory cell, Treg)的分化和诱导T细胞耗竭[10]。

PD-1抑制B细胞受体介导的Ca2+动员和 Igβ、Syk、PLC-γ2以及 Erk1/2的磷酸化，并且抑制作用取决于PD-1胞内区ITSM酪氨酸对SHP-2的招募情况[11]，总的结果是抑制B细胞的活化并且影响其功能，从而减弱机体的免疫功能。因此，PD-1/PD-L1信号通路在免疫应答的抑制性调控方面具有重要作用。

3 PD-1/PD-L1与头颈部肿瘤免疫逃逸

PD-L1和PD-L2不仅在正常组织上表达，也在各种肿瘤细胞上表达，包括乳腺癌，鳞状细胞癌和胶质瘤[12]，其中在HNSCC患者中，约66%的患者细胞膜和或细胞质内有PD-L1表达[13]。在体外表达PD-L1的肿瘤细胞具有抑制抗肿瘤免疫作用，并且存活时间更长[12]。因此，在肿瘤微环境中，PD-L1和PD-1之间的相互作用，可能通过以下几个途径[14]保护肿瘤：①PD-1与T细胞上的PD-L1结合会导致其失能或细胞凋亡；②PD-1与Tregs上PD-L1结合具有潜在的促进耐受作用；③通过PD-L1的反向信号使肿瘤细胞免于凋亡；④通过PD-L1和CD80相互作用抑制免疫反应。在HNSCC细胞系中PD-L1表达上调，并导致细胞毒性T淋巴细胞(cytotoxic T lymphocytes, CTLs)的功能障碍，抑制机体的“免疫刹车”，从而使肿瘤细胞逃逸宿主的抗肿瘤免疫。

4 抗PD-1/PD-L1抗体在头颈部肿瘤中的应用

头颈部肿瘤包括HNSCC[占大多数，一般包括喉癌、口腔癌、鼻咽癌(nasopharyngeal carcinoma, NPC)等]和非鳞状细胞癌(包括甲状腺癌等)。目前，HNSCC的免疫治疗，虽然至少有5种抗PD-1和抗PD-L1抗体正处于临床研究阶段(表1)：pembrolizumab 和nivolumab作用于PD-1靶点，MEDI4736、avelumab和MPDL3280A作用于PD-L1靶点；但是在头颈部肿瘤的总体研究相对还是比较缓慢。

4.1 PD-1/PD-L1与喉癌 喉癌是头颈部肿瘤中最为常见的类型，主要的治疗方法包括手术、放疗和化疗。曹平平等[15]认为PD-Ll在喉低分化、低中分化鳞状细胞癌中的表达明显高于高分化癌组织；癌旁组织中PD-L1表达明显低于癌组织，其表达水平与对应癌组织呈正相关。Vassilakopoulou等[16]在喉癌PD-L1表达和相关肿瘤浸润淋巴细胞(tumor-infiltrating lymphocytes，TILs)的评估研究表明，增加TILs浓度和PD-L1水平与喉癌较好的预后相关。TILs和PD-L1的表达可用于预测对免疫检查点抑制剂的反应。pembrolizumab(抗PD-1抗体)和MEDI4736(抗PD-L1抗体)治疗HNSCC时，其治疗反应率(病例数)分别为20%(56)和14%(22)[17]。在KEYNOTE-012 Ⅰb期的试验中应用pembrolizumab治疗复发或转移的HNSCC患者，6个月无病进展期和总体生存率分别为23%和59%[18]。pembrolizumab治疗PD-L1阳性与PD-L1阴性的HNSCC患者，总体反应率(over response rate， ORR)分别增加22%和4%,治疗相关的任何级别和级别≥3的不良反应分别为62%和9%[19]。其他抗PD-L1抗体的药物，如atezolizumab 和 avelumab正在几种晚期实质肿瘤(包括HNSCC)进行安全性和有效性的评估试验，以PD-L1为靶点的单独或联合药物试验也正在进行[19]。以上临床试验数据表明，以阻断PD-1/PD-L1信号通路的免疫治疗有望成为喉癌治疗的新疗法。

4.2 PD-1/PD-L1与NPC NPC尤其是局部复发或转移性NPC的治疗仍然是一个重要的挑战，免疫治疗可能提供新的治疗方案。Hsu等[20]认为，CD8+T细胞上PD-1的表达在NPC肿瘤组织比非肿瘤组织上表达高，并且高表达PD-1的患者预后较差。Zhou等[21]认为，PD-L1和PD-1广泛表达在NPC组织上，PD-1阳性不能预测预后。更重要的是，PD-L1被认为是NPC患者的阴性指标，高表达PD-L1的NPC有着较短的总体生存时间(overall survival， OS)和无进展生存率(progression-free survival rate， PFS)。根据2015年欧洲癌症大会报告的一项研究报道，超过1/5先前治疗过的转移性NPC患者在用pembrolizumab治疗时,有较好的客观反应率[22]。最近一项关于用PD-1抑制剂治疗NPC患者的研究表明,其反应率几乎达到了20%[23]。虽然部分试验表明以PD-1/PD-L1为靶点的药物在治疗NPC患者已经取得了一定的疗效，但其总体疗效如何仍有待于更多的临床数据进行评估。

4.3 PD-1/PD-L1与口腔鳞癌 目前关于免疫检查点在口腔鳞状细胞癌(oral squamous cell carcinoma，OSCC)治疗研究的文献报道相对较少。现有研究认为，相当数量的OSCC细胞表达PD-L1，差异为18%～87%。在大多数OSCC标本中可以检测到PD-1阳性TIL，这些研究表明PD-1/PD-L1通路在OSCC中可能有潜在作用[24]。Cho 等[25]认为很多OSCC患者(89%)有PD-L1阳性肿瘤细胞，但PD-L1的表达并不影响OSCC患者的存活，阻断PD-L1有望增强免疫治疗的疗效。在局部晚期口腔鳞状癌上PD-L1和PD-L2的表达分别是52.4%和23.8%，并且PD-L1表达的LAOSCC患者有较好的预后[26]。干扰素-γ(interferon-γ, IFN-γ)可以通过蛋白激酶D2 (cprotein kinase Disoform2, PKD2)信号通路促进OSCC细胞Tca8113表达PD-L1，抑制PKD2通路可以抑制PD-L1的表达和促进抗肿瘤反应[27]。在美国第50届临床肿瘤学年会上报道了60例接受MK-3475抗体(高选择性人源性IgG单克隆抗体，阻断PD-1与其配体的相互作用)治疗的人乳头瘤病毒(human papilloma virus，HPV)相关和非HPV相关的头颈部肿瘤，最好的总体反应率是19.6%[28]，抗PD-1/PD-L1抗体有望成为治疗OSCC新疗法。

4.4 PD-1/PD-L1与甲状腺癌 甲状腺癌是最常见的内分泌恶性肿瘤。甲状腺未分化癌(anaplastic thyroid cancer，ATC)和髓样癌预后较差，尤其是ATC，中位生存期只有2～3个月。ATC的免疫治疗是研究热点。Brown等[29]在2003年最先报道PD-L1在甲状腺肿瘤中的存在。随后，关于PD-1/PD-L1在甲状腺癌中的作用仅在少数体外试验和通过染色患者组织样本进行研究。PD-L1在大多数ATC肿瘤细胞上表达，而肿瘤细胞中PD-L1高表达与较差的PFS和OS相关[30]。Brauner等[31]在侵袭性甲状腺癌鼠模型的试验中，联合应用PD-L1抗体和PLX4720治疗肿瘤，其体积缩小到(147.3±60.8) mm3[对照组肿瘤体积为(782±175) mm3]。这表明抗PD-L1治疗可以增强B-RAF激酶抑制剂(BRAFi)对肿瘤消退的作用，并加剧ATC免疫活性模型中的抗肿瘤免疫应答。Bastman等[32]报道，在分化型甲状腺癌(differentiated thyroid carcinoma，DTC)患者中, PD-L1在蛋白质水平的表达至少是64%，PD-1阳性淋巴细胞为50%，抗PD-1和抗PD-L1治疗可以有效抑制肿瘤相关Tregs，认为在晚期甲状腺癌患者阻断PD-1可能有治疗效果。目前，阻断PD-1/PD-L1通路对甲状腺癌的治疗作用，有待于进一步的临床研究。

表1 目前有关HNSCC抗PD-1和PD-L1抗体的临床研究

5 抗PD-1/PD-L1抗体的联合疗法

抗PD-1抗体和PD-L1抗体在头颈部肿瘤尤其是在HNSCC的治疗上已经取得了重要进展，但单克隆抗体所产生的免疫耐受等问题，促使科学家们进行多种联合疗法的试验，以确保取得更好的治疗效果。治疗HNSCC的联合疗法包括阻断PD-1/PD-L1通路与抗CTLA-4抗体联合以及与放疗或化疗等疗法的联合。

目前，FDA已批准 nivolumab和ipilimumab的联合方案进行Ⅲ期临床试验[37]。同时阻断CTLA-4和PD-1在未经治疗的黑色素瘤或复发性SCLC患者，药物相关的3～4级不良事件发生率为54%～55%，单独应用ipilimumab为 24%～27%，单独应用nivolumab为15%～16%[34]，联合治疗取得更好疗效的同时不良反应也更多。免疫治疗和化疗可以协同消除癌细胞，表现出更强的免疫抑制效应，并得到动物模型中的临床前研究支持。与此同时，pembrolizumab与放疗或化、放疗联合多种方案的临床试验也正在进行[37]。在复发或转移疾病(NCT02358031)单独应用抗PD-1(pembrolizumab)或与顺铂/氟尿嘧啶联合应用与标准EXTREME方案(NCT02358031)正在进行3期临床试验的比较[37]。阻断PD-1与抗CD137刺激联合增加放疗在小鼠三阴性乳腺癌模型中的抗肿瘤反应，阻断PD-L1与放疗的联合疗法与其他单独疗法相比能够提高生存率[33]。这些临床研究表明，联合疗法具有协同作用，可以增强抗肿瘤免疫反应，是头颈部肿瘤治疗的一个重要发展方向。

6 展望

免疫系统与头颈部肿瘤之间的相互作用相对复杂，但随着癌症免疫治疗及各学科研究的不断深入，肿瘤细胞与免疫系统之间的作用机制会越来越清楚。目前，阻断PD-1/PD-L1通路的免疫抑制剂已经在头颈部肿瘤治疗中取得了一定的疗效，但其疗效究竟如何，有待进一步的临床数据和试验证据去证明。免疫治疗的联合疗法在取得更好疗效的同时，也带来了更多的毒性作用。因此，在尽可能提高治疗效果的同时，优化或减少免疫治疗带来的毒性作用，是当前免疫治疗发展过程中应当重视的课题。

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