PD-1/PD-L1阻断剂治疗肿瘤的研究进展与面临的挑战

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本文转自：OncoLab实验室

众所周知，免疫检查点抑制剂（ICI）能够增强效应T细胞功能，使许多患者病情得到缓解。在过去的十几年中，ICI 彻底改变了晚期恶性肿瘤的临床治疗方式，也极大地扭转了依赖放疗，化疗和手术等癌症治疗手段的现状。程序性死亡1（PD-1）在活化的T细胞上表达并负责调控T细胞反应，是肿瘤诱导免疫抑制中关键的检查点分子。现已证明可通过阻断PD-1及其配体PD-L1或PD-L2的相互作用来增强T细胞的抗肿瘤活性。靶向PD-1 / PD-L1检查点的抗体可通过打破免疫抑制状态来激活免疫系统，从而使肿瘤处于受控状态。这种策略已经成为一种新型的癌症治疗手段，并且在治疗恶性肿瘤中起着越来越重要的作用。

图1. PD-1 / PD-L1抑制剂免疫疗法示意图

尽管许多恶性肿瘤患者受益于使用PD-1 / PD-L1抑制剂的免疫疗法，但目前仍没有有效的预测生物标志物来指导临床精准用药及临床试验设计。与免疫疗法相关的预测指标的研究和鉴定可以促进肿瘤的精准治疗并帮助克服耐药性或不良反应。这篇综述着重于介绍PD-1 / PD-L1抑制剂的功效改善以及对患者的有效筛查可以最大程度地减少副作用方面的最新进展；总结了预测PD-1 / PD-L1治疗的疗效，常见副作用和原因以及联合治疗策略的一些生物标志物。

1.PD-1 / PD-L1阻滞治疗的应答预测和影响因素

1.1 基因突变

肿瘤细胞中的基因组改变与肿瘤发生和对PD-1治疗的应答密切相关。肿瘤突变负荷（TMB）是评估肿瘤免疫原性的重要指标，也是预测细胞毒性淋巴细胞相关蛋白4（CTLA-4）和PD-1检查点抑制剂疗法效果的新兴生物标志物。TMB与抗PD-1 / PD-L1免疫疗法反应之间的相关系数为0.74，这个数据表明不同癌症类型的客观反应率（ORR）差异有55％的可能与TMB有关。尽管可能没有统一的标准来定义高TMB，但错配修复缺陷（MMR-d）和微卫星不稳定性（MSI）的肿瘤对ICI治疗表现出明显的反应。带有MMR-d的肿瘤可通过微卫星中的序列改变积聚成千上万的突变，这使肿瘤具有免疫原性并对ICI治疗敏感。美国食品药品监督管理局（FDA）于2017年批准将Pembrolizumab和Nivolumab用于治疗MSI高或MMR-d高的晚期或转移性实体瘤患者。

1.2 PD-1配体的表达

靶向PD-1的免疫检查点抑制剂包括针对PD-1的抗体，这种抗体可阻断PD-1与其配体PD-L1和PD-L2的相互作用。已有报道称PD-1配体在实体瘤中的表达是PD-1/PD-L1抑制剂取得较好疗效的生物预测标志物。PD-1配体在多肿瘤细胞和骨髓细胞中高表达，并且对多种肿瘤类型进行研究后发现PD-L1过表达与ICI应答相关。FDA已经批准PD-L1免疫组化作为非小细胞肺癌(NSCLC)患者抗PD-1治疗的辅助诊断指标。也有文献报道来自某些肿瘤释放的PD-1外泌体的PD-1配体参与肿瘤细胞的免疫逃逸。在大肠癌的临床前模型中，联合使用PD-L1抗体和抑制PD-L1外泌体分泌的药物可以达到抑制肿瘤的作用。PD-L1外泌体也是一个潜在的免疫治疗靶点，可以解决目前PD-L1抗体治疗的耐药性。PD-L1外泌体水平可预示免疫检查点抑制剂激活T细胞的水平，也可作为一个预后指标。PD-1的另一种已知配体PD-L2的阳性表达清晰地预测了Pembrolizumab的临床疗效，当然还需要更多的研究来确定PD-L2在PD-1阻断治疗中的作用。

1.3 肿瘤免疫微环境的异质性

肿瘤微环境是一个由不同细胞和分子组成的具有异质性的免疫抑制性的环境。肿瘤浸润性淋巴细胞(TILs)的密度、表型和多样性对ICI反应至关重要。对于某些类型的肿瘤，TIL水平是ICI应答的潜在生物标志物。许多其他免疫细胞也可能影响抗PD-1/PD-L1治疗的疗效。人黑素瘤刺激性树突状细胞（SDC）的数量可以预测患者的免疫反应和总生存率（OS），而SDC丰度与淋巴细胞产生的细胞因子有关，尤其是人类肿瘤中的自然杀伤（NK）细胞。因此，肿瘤中NK细胞的存在与SDCs数量的增加和患者对PD-1抗体的长期应答有关。在黑色素瘤患者中，肿瘤相关巨噬细胞(TAMs)的存在与抗PD-1应答较差有关。尽管抗PD-1抗体最初可以像预期的那样与T细胞结合，但TAMs很快会将这些抗体从T细胞中移除，从而使其失活。综上所述，深入了解肿瘤免疫微环境的异质性对于开发灵敏的方法或发现潜在的预测生物标志物以提供肿瘤微环境的全部指纹图谱，进而提高肿瘤免疫治疗的疗效至关重要。

2.系统性效应

2.1 肥胖

肥胖促进肿瘤的发生和发展，并伴有更高的免疫抑制作用和潜在的副作用。在涉及癌症患者的临床前和临床研究中，肥胖也被证明与PD-1/PD-L1阻滞剂的疗效增加有关。一项回顾性研究发现，癌症患者肥胖与ICIs疗效有关，超重/肥胖患者的客观反应率显著高于非超重患者。另一项研究表明，肥胖与荷瘤小鼠和临床癌症患者对PD-L1受体阻滞剂疗效的提高有关。乳腺癌临床前试验发现，脂肪细胞过度表达PD-L1，影响乳腺癌患者的治疗效果和预后，在抑制脂肪生成后可选择性地降低小鼠脂肪组织中PD-L1的表达，增强PD-L1或PD-1抗体在乳腺癌模型中的抗肿瘤作用。临床研究发现，体重指数(BMI) ≥ 25kg/m2的NSCLC患者接受PD-L1抗体治疗后，死亡率显著降低(尤其是在PD-L1高表达的情况下)。此外，可能还有其他未知因素影响肥胖患者对ICI治疗的反应，比如免疫细胞的功能和代谢状态，这需要进一步研究。

2.2 肠道微生物群

在小鼠模型上进行的肠道微生物群临床前试验表明，微生物群可能会影响某些类型癌症治疗的疗效，特别是免疫治疗。研究人员分析了接受抗PD-1免疫治疗的有应答和无应答的黑色素瘤患者的粪便微生物，发现两组患者肠道菌群的多样性和丰富性存在显著差异。进一步分析发现，应答患者组的肠道菌群增强了系统免疫和抗肿瘤免疫；同时，接受应答患者粪菌移植的无菌小鼠肿瘤消退进展良好。这些发现表明，粪菌移植可能会改善PD-1的疗效以及未来与耐药性相关的问题。

2.3 中性粒细胞/淋巴细胞比率

在许多肿瘤治疗中，中性粒细胞-淋巴细胞比率(NLR)是一个重要的预后标记物；较高的NLR表明宿主炎症，在一些肿瘤类型中与较短的总生存率相关。对比PD-1/PD-L1抑制剂治疗前后NLR值发现，NLR型≥ 4患者治疗前总生存率和疾病无进展时间较短，治疗6周后的NLR是接受抗PD-1抗体治疗的晚期NSCLC患者的预后指标。这些发现表明，治疗后高NLR单独或与其他预后生物标志物联合使用可作为ICI治疗中总生存率和无进展生存(PFS)的有用指标。

2.4 综合治疗策略

最常见的三种联合治疗策略是PD1/PD-L1抑制剂联合CTLA-4单抗、化疗和靶向治疗。FDA批准了四种联合治疗方案：两种用于肾癌[Pembrolizumab (PD-1抗体)+Axitinib (VEGFR/PDGFR抑制剂)和Avelumab(PD-L1抗体)+Axitinib]，一种用于子宫内膜癌[Pembrolizumab + lenvatinib (VEGFR/FGFR抑制剂)]，另一种用于NSCLC (Atezolizumab, Bevacizumab和化疗)。

2.5 与CTLA-4单抗结合

细胞毒性T淋巴细胞相关蛋白4（CTLA-4）已被证明在调节性T细胞（Treg）反应中有很强的抑制作用。破坏CTLA-4-CD80/CD86与抗CTLA-4抗体的相互作用可通过增强T细胞效应反应而导致肿瘤排斥反应。关于晚期黑色素瘤患者的III期试验CheckMate067在Nivolumab(PD-1抗体)+Ipilimumab(CTLA-4抗体)组的客观反应率和总生存率显著改善。与CTLA-4和PD-1单独治疗相比，两种药物联合治疗的死亡风险分别降低46%和35%。在联合治疗组中，21%的患者病灶完全消失实现了完全缓解，37%的患者病灶减少了30%并实现了部分缓解。但是，联合治疗组59%的患者报告了3-4次不良反应。在KEYNOTE-006研究中，Keytruda联合治疗组和Ipilimumab单药治疗的5年生存率分别为38.7%和31%。两种免疫疗法联合使用的效果更好，但治疗费用及副作用均增加。

2.6 联合化疗和放疗

临床前研究表明，化疗和放疗具有免疫调节作用。2018年，美国FDA正式批准PD-1抗体Keytruda结合化疗作为NSCLC的一线治疗药物，不考虑患者的PD-L1表达水平（不包括EGFR突变和ALK融合的患者)。在616名患者中，410名患者接受了PD-1联合治疗，使用Keytruda+培美曲塞和铂类药物；其余206名患者接受了安慰剂+培美曲塞和铂类药物的化疗。经过10.5个月的随访，联合治疗组在各方面均具有压倒性优势。联合治疗组的客观反应率高达47.6%，而化疗组的客观反应率为18.9%，联合治疗将疾病进展的风险降低了48%。值得一提的是，无论PD-L1表达水平如何，联合治疗组患者生存期均明显延长。同时，许多与PD-1抑制剂联合治疗的临床试验也取得了许多令人振奋的结果。

2.7 与靶向治疗相结合

靶向药物高效但容易产生耐药性。因此，靶向药物与ICIs联合应用可取得高效、长效的治疗效果。美国FDA批准PD-1抗体Keytruda与Axitinib联合治疗晚期肾癌。这是首例PD-1抗体与靶向治疗联合疗法，正式开启了肿瘤治疗“免疫+靶向”新纪元。KEYNOTE-426的第三临床阶段实验招募了世界多个国家的肾癌患者，更进一步评估Keytruda联合Axitinib的疗效，其中Axitinib是选择性抑制血管内皮生长因子受体(VEGFR-1、VEGFR-2、VEGFR-3)第二代酪氨酸激酶抑制剂。Pembrolizumab+Axitinib组的客观反应率高达59.3%，而Sunitinib（舒尼替尼）组的客观反应率仅为35.7%。Sunitinib是一种小分子多靶点受体酪氨酸激酶抑制剂。Sunitinib组和联合用药组的PFS分别为11.1个月和15.1个月，死亡或进展的风险降低了31%。联合治疗组和Sunitinib组的12个月存活率分别为89.9%和78.3%，联合治疗组死亡风险降低了47%。

3.PD-1/PD-L1受体阻断剂的副作用及耐药性

PD-1/PD-L1抗体治疗面临的新挑战是不同程度的免疫相关不良事件(irAEs)，其中包括心脏毒性，细胞因子释放综合征，心肌炎，肺炎，肝炎，甲状腺炎，内分泌功能障碍，疲劳、皮疹和腹泻，以及风湿性多肌痛/巨细胞动脉炎。免疫相关性不良反应通常起源于皮肤、胃肠道、肝脏和内分泌系统，尽管其他器官系统也可能受到影响，Martins等人总结了不同类型的irAEs，并讨论这些不良事件的流行病学和动力学、危险因素、亚型、病理生理学以及筛查和监测策略，并强调了监管irAEs的重要作用。目前已经有几个关于irAEs监管的指南。

尽管免疫疗法是一种长效疗法，但它也会产生耐药性。在一项针对205例使用Keytruda有效的患者的研究中，经过21个月的随访，发现74%的患者仍然有效，而26%的患者出现了耐药性。同样，在对42例PD-1能有效治疗的恶性黑色素瘤患者进行长期随访后，15例患者出现了耐药性，耐药率为35%。CMP-001(Checkmate制药公司，中国连云港)是一种正在研究中的TLR9激动剂，它可能会减轻这种耐药性，并且有效率高达22%，包括部分肿瘤病灶的消失。

除了FDA批准的方法之外，还有许多潜在的发现在临床前研究中获得可喜的结果。Ipilimumab与Nivolumab联合免疫治疗后结肠炎患者肠道中肿瘤坏死因子（TNF）的上调。在人工诱导的小鼠炎症性肠病模型中，抗CTLA-4和抗PD-1双重治疗会加重炎症反应。预防性TNF抗体或TNF抑制剂(TNFR2-IgG)可显著减少由双重检查点阻断所致的结肠炎。同时，作者发现，阻断TNF可进一步增强抗PD-1和抗CTLA-4单抗联合治疗引起的肿瘤特异性CD8+T细胞对肿瘤微环境的浸润和淋巴引流，目前正在进行一项I期临床实验来测试联合治疗的安全性。

4.结束语

使用PD1/PD-L1抗体已成为10余种肿瘤的标准治疗方法。目前，已有9种抗体被批准在全球上市，大量临床试验正在评估PD-1/PD-L1抗体作为单药或联合使用的治疗潜力。个体化治疗的存在给通过单一诊断指标预测接受ICIs治疗的患者的预后或存活率带来了巨大的困难，需要综合多种信息的新标记物或组群来预测抗PD-1/PD-L1免疫治疗的疗效。免疫治疗需要实时追踪免疫细胞，并通过非侵入性检测的方法评估肿瘤对免疫治疗的应答。目前，研究人员使用活检或手术切除肿瘤样本进行检测，如果能在血液中找到相关的检测因素，对于确定免疫治疗的临床有效性和反应性将具有重大意义。体外研究模型需要更接近人体的状态，比如结合免疫微环境的有机化合物。同时，有机化合物可以更好地揭示肿瘤的进展和耐药性，为未来的抗癌药物筛选做出贡献。

免疫疗法为精准治疗恶性肿瘤开辟了道路。目前ICIs需要克服的问题包括：对敏感人群的准确筛查，开展实时动态疗效监测系统，发展辅助诊断技术和方法的，开发高通量多分子多因素综合分析方法，以及序贯治疗的发展等。改善PD-1阻滞治疗的关键是发展联合治疗，包括T细胞或其他免疫细胞的其他检查点，如CTLA-4和NKG2D。此外，还需要探索分子标志物以指导临床治疗，例如PD-L1、TMB、MSI和TIL。免疫肿瘤学的下一步研究：通过选择合适的患者和合理设计的联合作用来提高抗肿瘤效果。单细胞测序技术的应用揭示了肿瘤微环境的异质性，这有助于更好地了解肿瘤的发展和免疫逃逸。