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肿瘤细胞的隐形衣:“源源不断”的 PD-L1

医药 来源:火石创造 作者:周航

肿瘤细胞在机体内除在细胞表面上表达PD-L1来逃避免疫细胞的追捕外,还将分泌表面大量表达PD-L1的外泌体,位于细胞内的PD-L1也将不断循环定位至细胞表面对细胞膜上的PD-L1受体进行更新补充。PD-L1像是为肿瘤细胞量身定制了一件能够实现免疫逃逸的隐形衣,而清楚的了解这些机理机制将更有助于肿瘤免疫治疗的不断改造及优化。

肿瘤细胞上的PD-1与肿瘤细胞上的PD-L1之间的相互作用抑制抗原特异性CD8 + T细胞的活化,扩增和效应功能,并帮助癌细胞逃避免疫破坏。 PD-L1的表达响应于炎性细胞因子(例如肿瘤微环境内免疫细胞分泌的干扰素-γ(IFNγ))或肿瘤细胞的内在驱动机制。

目前全球共上市了五款针对PD-(L)1的抗体药物,免疫检查点抑制剂的应用开创了肿瘤治疗的新时代。与小分子化药及其它抗体药物相比,免疫检查点抑制剂在多达多种适应症中展现了惊人的疗效。然而免疫检查点阻断疗法也同样面临着问题与挑战,PD-1抑制剂在未经选择的实体瘤患者中,有效率仅为10%~30%,且起初具有较佳治疗效果的患者,随着药物的长期使用也可能产生耐药。

现有的抗体药物能够结合并阻断肿瘤细胞表面的PD-L1,但是近期研究发现肿瘤细胞的PD-L1还存在于细胞内的循环内体、高尔基体、外囊泡(包括外泌体、膜微粒及微囊泡等)上:①癌细胞内的PD-L1具备促癌的功能,还会对细胞表面失活的PD-L1进行补充和更新,这可能是抗体药物失效的原因之一;②癌细胞会产生携带抑制T细胞活性的PD-L1的外泌体,这种外泌体从肿瘤组织中直接扩散传播至全身各处,对人体的免疫系统进行全面的打击和压制。

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可对细胞膜表面PD-L1进行补充更新的内源型PD-L1

2017年上海交大医学院附属仁济医院许杰课题组在《Nature》上发表的一篇论文提到CMTM6能够促进PD-L1在细胞体内的循环而定位到细胞膜上、间接地抑制PD-L1的溶酶体降解[1],从而癌细胞内的PD-L1不断循环定位至细胞表面使得抗体药物只具有有限的治疗效果。


图1 CMTM6与内吞的PD-L1结合后将使其原本被溶酶体降解的状态解除而保持在细胞表面表达的状态

随后许杰实验室又在《NatureChemical Biology》杂志上发表了题为“HIP1R targets PD-L1 tolysosomal degradation to alter T cell–mediated cytotoxicity“的研究论文[2],发现了肿瘤免疫治疗靶标PD-L1的溶酶体降解机制并设计了新的靶向分子PD-LYSO,该靶向药能够促进内源型的PD-L1在循环中被溶酶体降解,从而间接减少细胞膜上的PD-L1从而抑制肿瘤细胞进行免疫逃逸。

PD-LYSO的设计原理主要基于HIP1R羧基端的两段保守序列:

(1)与PD-L1结合的区域:位于HIP1R第796至814位间的氨基酸序列。PD-L1高表达的肿瘤中HIP1R基因常常发生拷贝数丢失,这提示HIP1R基因可能不利于PD-L1的高表达,因而肿瘤细胞可能通过演进删除了HIP1R基因。许杰课题组对此进行了一系列的验证和研究,他们发现HIP1R对PD-L1的表达具有明显的负调控作用,而且该负调控作用依赖于溶酶体降解功能。

(2)溶酶体分选序列:位于HIP1R第966至979位间的氨基酸序列。这条具备“LL或LI”氨基酸序列的溶酶体分选序列负责把PD-L1定向转运进入溶酶体。该论文中描述到HIP1R通过与AP复合物结合将PD-L1运送到溶酶体表面,并依赖ESCRT复合物使PD-L1进入多囊体(MVB)和溶酶体中进行降解。


图2 PD-LYSO可促进PD-L1的溶酶体降解,并激活T细胞对肿瘤细胞的杀伤

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肿瘤微环境下包围着实体瘤并可扩散至全身的外泌型PD-L1

就当前用药试验结果来看,抗PD-1和抗PD-L1的抗体药物在胶质母细胞瘤的治疗效果并不佳。然而在颅脑肿瘤中, 40%到50%都为脑胶质瘤,而在脑胶质瘤中,有一种约占总体病例五分之二的分型肿瘤为星形细胞瘤。在星形细胞瘤中有一种最为常见且臭名昭着的细胞瘤类型——胶质母细胞瘤。这种肿瘤的特点是发病快,致死率高。在肿瘤免疫治疗过程中,胶质母细胞瘤可谓是“油盐不进”的顽疾。

2018年3月发表于《Science Advances》上的一篇文章揭示了胶质母细胞瘤逃避免疫系统追杀的新模式[3],也首次发现了肿瘤以释放外囊泡(EVs)的形式来影响免疫系统。研究者们发现肿瘤细胞可以将外囊泡分泌出去,且在外囊泡中发现了可以表达PD-L1的DNA和RNA。通过与7位健康人的血液样本对比,在14位胶质母细胞瘤患者的血液中均检测到了大量可表达PD-L1蛋白的DNA,并且该DNA的含量与肿瘤细胞大小存在正相关关系。


图3 PD-L1 DNA量与胶质母细胞瘤体积存在正相关关系

以默沙东的Pembrolizumab单抗为例,在黑色素瘤中的有效率仅有33%。据2018年8月发表于《Nature》杂志题为“Exosomal PD-L1 contributes toimmunosuppression

andis associated with anti-PD-1 response“文献报导[4],癌细胞将大量分泌出表面带有T细胞抑制活性的PD-L1蛋白的外泌体。这种外泌体就像是癌细胞释放出的可远程战斗的无人机,使得癌细胞可以稳坐在具有正常免疫功能的机体中而不被免疫细胞歼灭。


图4 胶质母细胞瘤分泌的外泌体表面有大量PD-L1表达

PD-L1的外泌体抑制了CD8+T细胞的增殖,并减弱了它分泌细胞因子和杀伤肿瘤细胞的能力。这也就意味着PD-L1外泌体将抑制人体全身的抗肿瘤免疫反应,使得患者的临床结果较差。

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结   论

无论是内源型PD-L1还是外泌型PD-L1都像是为肿瘤细胞在免疫细胞的监督下实现“隐形”而源源不断提供补给的资源库。在未来肿瘤免疫治疗发展的道路上,阻断内源型PD-L1的循环定位及帮助T细胞顺利通过层层包围在肿瘤细胞外的外泌型PD-L1将是提高实体瘤疗效的关键突破口。

参考文献:

[1]BurrM L , Sparbier C E , Chan Y C , et al. CMTM6 maintains the expression of PD-L1and regulates anti-tumour immunity.[J]. Nature, 2017, 549(7670):101.

[2]HIP1Rtargets PD-L1 to lysosomal degradation to alter T cell–mediated cytotoxicity.

[3]RicklefsF L , Alayo Q , Krenzlin H , et al. Immune evasion mediated by PD-L1 onglioblastoma-derived extracellular vesicles[J]. Sci Adv, 2018, 4(3):eaar2766.

[4]ChenG , Huang A C , Zhang W , et al. Exosomal PD-L1 contributes toimmunosuppression and is associated with anti-PD-1 response[J]. Nature.

来源:火石创造

作者:周航

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