第一章　免疫治疗不良反应概述

第一节　抗PD-1/PD-L1抗体不良反应机制

寿佳威　方　勇　潘宏铭

浙江大学医学院附属邵逸夫医院

抗程序性细胞死亡蛋白1（PD-1）/分化抗原（cluster of differentiation，CD）279虽然属于CD28家族的抑制性受体，但是其氨基酸序列只有15%与CD28一致，另外20%与溶细胞性T淋巴细胞相关抗原4（cytolytic T lymphocyte-associated antigen 4，CTLA-4）相似，13%与诱导性T细胞刺激因子类似，因此与传统的CD28家族受体存在一定的差别。PD-1具有两个配体，即抗程序性细胞死亡蛋白配体1（PD-L1）（B7-H1/CD274）和抗程序性细胞死亡蛋白配体 2（PD-L2）（B7-DC/CD273）。肿瘤细胞通过表达PD-L1而逃逸免疫杀伤。因此，抗PD-1/PD-L1抗体能够与PD-1/PD-L1特异性结合，阻断PD-1与其配体PD-L1的相互作用，使得T细胞恢复针对肿瘤细胞的免疫应答，从而杀伤肿瘤细胞。

然而，抗PD-1/PD-L1抗体在治疗恶性肿瘤的同时，也带来了其特有的免疫相关不良反应。为了更好地了解免疫相关不良反应的发生机制，需要重温一下人体免疫反应和PD-1/PD-L1在免疫应答中的具体功能。

众所周知，T细胞活化需要双信号。除了T细胞受体（T-cell receptor，TCR）识别抗原提呈细胞（antigen-presenting cell，APC）表达的主要组织相容复合物（major histocompatibility complex，MHC）后，激活T细胞的第一信号以外，还需要有共刺激信号协同，作为第二信号让T细胞持续活化。最典型的例子就是目前另一个免疫检查点抑制剂——抗CTLA-4单抗。它就是以B7分子与CTLA-4/CD28共刺激信号为靶点的药物。当然，为了维持人体的免疫平衡，防止出现自身免疫损伤，共抑制受体的信号也是必不可少。抗PD-1/PD-L1抗体正是以共抑制受体为靶点的药物。

一、PD-1的作用机制

PD-1是一个含有288个氨基酸的蛋白，由一个单一的N端免疫球蛋白可变区（immunoglobulin variable region，IgV）样结构域，一个约20种氨基酸组成的茎样结构将IgV结构域从细胞膜上分开，一个跨膜结构域和一个含有酪氨酸信号模序的细胞质中尾端组成。它最早被发现表达于凋亡细胞之上，故由此得名。随着研究的深入，PD-1被发现主要表达于成熟活化的T细胞、胸腺中双阴性T细胞、B细胞、自然杀伤（natural killer，NK）细胞、单核细胞以及不成熟的朗格汉斯细胞，并接受NFAT、FOXO1、Notch等转录因子的调控。当PD-1被激活后，淋巴细胞内钙离子内流、PI3K-Akt、Ras-Mek-Erk等增殖信号通路被抑制，导致各类免疫细胞活化受阻。T细胞在体内与树突状细胞（dendritic cell，DC）识别分3个时相：第一时相（大约8h），T细胞开始具有高迁移性，与DC不停接触；第二时相（8～20h），T细胞与DC稳定结合并释放细胞因子；第三时相（后续24h），T细胞与DC分离，开始增殖。阻断PD-1/PD-L1信号能够延长第二时相的时间，防止T细胞失能。而对第三时相，抑制PD-1/PD-L1信号可以加快T细胞与DC的分离和迁移。因此，PD-1/PD-L1信号通路在不同时相中扮演不同角色，使其机制研究更加错综复杂。

PD-1除了作为抑制性信号外，还参与T细胞的代谢。代谢方式的不同决定了T细胞的分化和功能。幼稚的T细胞一般表现为代谢静态表型，并通过葡萄糖、脂肪酸和氨基酸为氧化磷酸化提供原料来产生能量。在激活的T细胞中，尽管氧化磷酸化持续增加，但需氧糖酵解成为主要的代谢途径，同时谷氨酰胺的摄取和分解代谢也得到增强，从而形成效应性T细胞和记忆性T细胞。PD-1则会抑制氧气的消耗，损害活化的T细胞参与糖酵解和谷氨酰胺分解的能力，但会促进脂肪酸的β-氧化。此外，当PD-1与PD-L1结合后，会大量积累多不饱和脂肪酸。这些脂肪酸被认为是T细胞免疫的抑制因子。因此，PD-1可能通过调控T细胞的代谢来抑制T细胞的分化。

T细胞代谢改变还有另一个负面影响，就是表达PD-1的活化T细胞的微环境中关键抗氧化剂还原性谷胱甘肽水平显著下降，形成一个强氧化性微环境。比如异基因骨髓移植后，异基因反应性T细胞同步上调PD-1表达并产生通过脂肪酸氧化的活性氧，进一步证实了PD-1在诱导氧化微环境中的作用。此外，这些代谢变化还可能在慢性感染和癌症患者PD-1介导的T细胞功能紊乱上起着重要作用。因此，PD-1对T细胞代谢的影响可能对其产生的免疫相关不良反应具有潜在的治疗价值。

另一方面，在活化T细胞上PD-1动态变化作为一个正常的负反馈调节，抑制T细胞过度激活，并不是所认为的T细胞功能衰竭的表现。真正衰竭的T细胞上除了PD-1持续表达以外，还合并其他抑制性受体的持续激活。这也就解释了为何单纯的抗PD-1/PD-L1治疗并不能让大部分患者长期获益。未来也将会看到更多的免疫检查点抑制剂的协同治疗。

二、PD-L1的作用机制

PD-L1表达则更为广泛，除了各类抗原提呈细胞（APC）以外，还表达于血管内皮细胞、胰岛细胞以及那些免疫豁免器官如胎盘、睾丸和眼的相应细胞上。在肿瘤模型中，PD-L1表达可以通过其他各种机制介导。各种异常信号通路，如EGFR、MAPK和PI3K-Akt通路的激活、STAT3和HIF-1的转录因子表达升高等，通过转录和转录后机制上调PD-L1在肿瘤细胞上的表达。在EB病毒相关性恶性肿瘤中发现PD-L1的高表达和PD-1单抗较好的疗效，说明EB病毒也能促进PD-L1表达。此外，PD-L1表达水平还可以通过微核糖核酸（micro-ribonucleic acids，microRNAs或miRNAs）受表观遗传机制的调控。

PD-1可以调控T细胞的代谢，而PD-L1则通过肿瘤细胞内的部分信号通路，如PI3K-Akt通路和哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）的激活，间接导致肿瘤细胞糖酵解基因表达，从而增强糖酵解代谢。癌细胞在获得高糖酵解率使其能存活更久。另外，PD-L1作为一种抑制受体，还可以向癌细胞传递抗凋亡信号，防止免疫介导和FAS介导的细胞杀伤。

综上，PD-1/PD-L1信号通路在外周免疫耐受中起重要的作用。阻断该通路的治疗可能导致免疫耐受失衡，免疫应答失控。这种反应在临床上可能表现为类似自身免疫性疾病或炎症相关性疾病，称为“免疫相关不良反应”。这些与免疫治疗相关的不良反应可能会发生在全身各个脏器，包括免疫豁免器官。

三、抗PD-1/PD-L1抗体不良反应可能作用机制

目前，抗PD-1/PD-L1抗体所产生的免疫不良反应具体病理机制尚不完全明了。在许多活检病理中发现损伤组织中有大量T淋巴细胞浸润，可能与部分活化的T细胞群同时识别正常组织和肿瘤之间交叉抗原有关。例如，有研究人员在两例发生免疫性心肌炎患者的心肌和肿瘤中发现了17个相似的T细胞克隆。此外，经常出现在恶性黑色素瘤患者接受免疫治疗导致白癜风，也暗示激活T淋巴细胞同样攻击具有肿瘤相关抗原的正常黑色素细胞。

不仅T淋巴细胞功能被激活，B淋巴细胞上同样有大量PD-1受体。因此，在B淋巴细胞被激活后可以产生大量抗体，这些抗体同样会产生免疫相关不良反应。如在接受抗PD-1治疗的患者中，如果出现抗甲状腺抗体，无论这些抗体在治疗开始时是否存在，则可能导致免疫性甲状腺炎。在免疫相关性肠炎的病例中，细胞因子也可能参与免疫相关不良反应的病理生理过程，说明不同器官或组织的免疫相关不良反应也不尽相同。

因此，了解PD-1/PD-L1通路被阻滞后相关毒性作用的机制，并合理有效的管理这些免疫相关不良反应，对于优化免疫检查点抑制剂的有效性和安全性至关重要。

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