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PD-1/PD-L1：癌症免疫治疗的“刹车”与“油门”

抗体圈 · 公众号 · · 2025-02-11 09:48

正文

引言： 癌症之所以致命，不仅在于其无限增殖的特性，更在于其狡猾的“免疫逃逸”能力。在人体免疫系统中，T细胞是识别并清除异常细胞的“主力军”，但癌细胞却进化出一套精密的“刹车系统”——PD-1/PD-L1信号轴，通过抑制T细胞活性实现自我庇护。

PD-1（程序性死亡蛋白1）和PD-L1（程序性死亡配体1）的发现，彻底改变了癌症治疗的格局。2018年诺贝尔生理学或医学奖授予了该领域的两位先驱James Allison和Tasuku Honjo，以表彰他们在免疫检查点治疗中的贡献。 如今，PD-1/PD-L1抑制剂已成为肿瘤免疫治疗的“明星药物”，但这一领域仍充满挑战：为何部分患者响应不佳？耐药性如何产生？联合治疗如何优化？

本文将深入解析PD-1/PD-L1的生物学功能、调控机制及其在癌症治疗中的应用，结合最新研究进展，探讨未来发展方向。

一、PD-1/PD-L1的生理功能：免疫系统的“双刃剑”

1. 免疫稳态的“守门人”

在正常生理状态下，PD-1/PD-L1是维持免疫平衡的关键分子。T细胞的激活需要“双信号”：

第一信号 ：T细胞受体（TCR）识别抗原呈递细胞（APC）表面的MHC-抗原复合物。
第二信号 ：共刺激分子（如CD28与B7结合）提供激活信号。

PD-1/PD-L1则扮演“刹车”角色（图1）：

抑制T细胞活化 ：PD-L1与PD-1结合后，通过招募磷酸酶SHP2，阻断TCR下游信号（如ZAP70、CD28），抑制IL-2等细胞因子分泌。
调控Treg功能 ：促进调节性T细胞（Treg）的免疫抑制活性，防止自身免疫反应。

图1：PD-1/PD-L1通过SHP2抑制T细胞信号通路

2. 超越免疫：PD-L1的“多面性”

近年研究发现，PD-L1不仅存在于细胞膜，还可进入细胞核或通过外泌体释放：

核内PD-L1 ：在非小细胞肺癌中，核PD-L1通过激活Gas6/MerTK信号促进肿瘤增殖。
外泌体PD-L1 ：循环中的外泌体PD-L1可远程抑制T细胞功能，导致免疫治疗耐药。

二、PD-1/PD-L1与疾病：从自身免疫到癌症

1. 自身免疫疾病：平衡的打破

PD-1/PD-L1信号异常与多种自身免疫病相关（图2）：

1型糖尿病（T1DM） ：胰岛β细胞通过PD-L1抑制自身反应性T细胞。PD-1抑制剂可能诱发糖尿病。
系统性红斑狼疮（SLE） ：PD-1+ CD4+ T细胞线粒体异常激活，促进炎症因子释放。
多发性硬化（MS） ：PD-1基因多态性与疾病进展相关，阻断PD-1加剧神经炎症。

图2：PD-1/PD-L1信号失衡导致自身免疫反应

2. 器官移植：免疫耐受的“双刃剑”

移植后，供体PD-L1与受体PD-1的相互作用可抑制排斥反应，但使用PD-1抑制剂可能导致移植物失功。临床案例显示，肝移植后使用纳武利尤单抗（Nivolumab）可能引发急性排斥。

三、癌症中的PD-1/PD-L1：免疫逃逸的“帮凶”

1. T细胞耗竭：免疫系统的“疲劳”

肿瘤微环境（TME）中，持续抗原刺激导致T细胞耗竭（图3a）：

表型特征 ：高表达PD-1、LAG3、TIM-3等抑制性受体，分泌IFN-γ能力下降。
代谢重编程 ：PD-1信号抑制糖酵解，增强脂肪酸氧化（FAO），促进Treg分化。

2. 免疫抑制微环境的构建

Treg扩增 ：PD-L1通过PI3K/Akt/mTOR通路促进诱导性Treg（iTreg）生成。
M2型巨噬细胞极化 ：PD-1+ TAM（肿瘤相关巨噬细胞）分泌VEGF、IL-10，促进血管生成（图3c）。
NK细胞功能抑制 ：肿瘤细胞通过“胞啃作用”（Trogocytosis）将PD-1转移至NK细胞，削弱其杀伤能力（图3d）。

图3：PD-1/PD-L1通过多机制抑制抗肿瘤免疫

四、PD-1/PD-L1的调控机制：从基因到代谢

1. 遗传与表观遗传调控

基因扩增与结构变异 ：9p24.1染色体区域的PD-L1扩增常见于霍奇金淋巴瘤。
DNA甲基化 ：PD-L1启动子低甲基化与其高表达相关，去甲基化药物（如地西他滨）可增强免疫治疗响应。

2. 转录与转录后调控

关键转录因子 ：MYC、STAT1、NF-κB直接结合PD-L1启动子。IFN-γ通过JAK/STAT通路诱导PD-L1表达。
非编码RNA ：miR-34、miR-200通过结合PD-L1 mRNA的3’UTR抑制其翻译；lncRNA MALAT1则作为miRNA海绵间接上调PD-L1。

3. 翻译后修饰：PD-L1的“变形记”

糖基化 ：N192和N200位点的糖基化保护PD-L1免于降解。EGFR信号通过上调B3GNT3促进糖基化。
泛素化 ：E3连接酶STUB1促进PD-L1降解，而去泛素化酶USP7则稳定PD-L1。
棕榈酰化 ：DHHC3介导的PD-L1棕榈酰化增强其膜定位，抑制棕榈酰化可提升T细胞杀伤效率。

图4：PD-L1通过多种修饰调控稳定性

五、PD-1/PD-L1抑制剂：临床应用的“革命”

1. 抗体药物：从实验室到病床

目前已有6种PD-1/PD-L1抗体获批（表1），包括：

帕博利珠单抗（Pembrolizumab） ：首个获批用于实体瘤的“不限癌种”药物。
纳武利尤单抗（Nivolumab） ：在黑色素瘤、肺癌中显示长期生存获益。

表1：已获批的PD-1/PD-L1抑制剂（部分示例）

2. 耐药性：难以回避的挑战

约70%患者出现原发性或获得性耐药，机制包括：

肿瘤内在因素 ：IFN-γ信号缺失、PTEN突变导致PI3K通路激活。
微环境因素 ：Treg浸润、乳酸堆积抑制T细胞代谢。
表观遗传改变 ：组蛋白去乙酰化酶（HDAC）活性上调PD-L1。

六、联合治疗：1+1>2的智慧

1. 免疫检查点联合：CTLA-4 + PD-1

纳武利尤单抗+伊匹木单抗 ：晚期黑色素瘤5年生存率提升至52%，但免疫相关不良反应（irAE）增加。

2. 靶向治疗协同：抗血管生成 + PD-1

阿替利珠单抗+贝伐珠单抗 ：肝癌一线治疗中，中位生存期延长至19.2个月。
机制：血管正常化促进T细胞浸润，逆转免疫抑制微环境。

3. 放疗与化疗：免疫原性死亡的“助攻”

放疗：诱导肿瘤细胞免疫原性死亡，释放抗原增强PD-1抑制剂疗效。
化疗：紫杉醇等药物清除免疫抑制性细胞，提升T细胞应答。

4. 新型策略：溶瘤病毒与细胞治疗

溶瘤病毒（如T-VEC） ：直接裂解肿瘤细胞并释放抗原，联合PD-1抑制剂显著延长生存期。
CAR-T联合PD-1阻断 ：PD-1敲除的CAR-T细胞在卵巢癌中显示持久抗肿瘤活性。

PD-1/PD-L1：癌症免疫治疗的“刹车”与“油门”