免疫細胞表面上的程序性細胞死亡1（PD-1）受體是介導腫瘤細胞免疫逃逸的免疫檢查點分子。PD-1的兩個配體，PD-L1和PD-L2由腫瘤細胞表達，從而導致免疫耐受。在正常情況下，PD-1通過與其配體PD-L1、PD-L2結合抑制T淋巴細胞的功能，從而抑制自身免疫應答。然而，當PD-1在腫瘤細胞上表達的潛在影響仍然未知。
近日，發表在PNAS上的「Tumor cell-intrinsic PD-1 receptor is a tumor suppressor and mediates resistance to PD-1 blockade therapy」文章，發現腫瘤細胞中同時表達PD-1和PD-L1，在缺乏適應性免疫的情況下，PD-1/PD-L1信號軸通過激活其主要的下遊信號傳導途徑，包括AKT和ERK1/2途徑，從而抑制腫瘤生長。發現PD-1信號傳導途徑的分子功能和機制，揭示了腫瘤細胞固有的PD-1可作為患者選擇免疫治療方法的潛在生物標記物。
圖1 PD-1/PD-L1通過調節包括AKT和ERK1/2途徑在內的經典信號通路來抑制腫瘤細胞的生長。臨床上可用的針對PD-1（藍色）或PD-L1（青色）的抗體在缺乏適應性免疫的情況下，通過激活AKT和ERK1/2途徑來促進腫瘤細胞的生長，這可能與臨床上的HPD和PPD有關。
1 腫瘤細胞亞群可以表達PD-1
為了研究PD-1是否在腫瘤細胞上表達，研究人員分析了編碼PD-1的PDCD1基因在癌症基因組圖譜(TCGA)資料庫數據中的表達譜，發現人類PDCD1在32種癌症組織類型中被廣泛轉錄。因為這些分離的組織可能包括浸潤的淋巴細胞，進一步研究了PDCD1轉錄從癌症細胞系百科全書(CCLE)資料庫，其中包括純癌細胞系。這些建立的癌細胞株也顯示PDCD1轉錄。這些數據表明PDCD1是由癌細胞轉錄的。
為了驗證這一觀察，研究人員在13種不同的腫瘤細胞的40種細胞系中，通過RT-PCR、qRT-PCR和測序的結果證實在這些腫瘤細胞中PD-1都有表達。此外，流式細胞術顯示PD-1在所有檢查的癌細胞的亞群中表達（PD-1的正範圍2.48％至68.14％）。另外在七個肺癌患者的腫瘤組織中，有兩例患者同樣檢測到了PD-1的表達（%≧2）。總的來說，這些數據表明PD-1在癌細胞的亞群中表達。
2 抑制腫瘤細胞生長並使AKT和ERK1/2失活
為了研究PD-1和PD-L1在腫瘤細胞中的作用，通過構建PD-1及其配體PD-L1的敲減細胞系和過表達細胞系，發現PD-1和PD-L1都是腫瘤抑制性分子。PD-1或PD-L1的敲低能促進腫瘤細胞的生長以及克隆形成能力。
相反，過表達PD-1或PD-L1可以抑制腫瘤細胞的生長和克隆形成能力。這說明，腫瘤細胞內源性PD-1和PD-L1起著抑制腫瘤細胞生長的作用。通過建立小鼠皮下移植腫瘤模型也進一步證實了此功能。
腹腔注射Nivolumab、Pembrolizumab和IgG可溶性蛋白，發現注射Nivolumab和Pembrolizumab的兩組小鼠荷瘤明顯比對照組長的快。免疫組化結果顯示，注射Nivolumab和Pembrolizumab的兩組小鼠荷瘤中的AKT和ERK的磷酸化水平明顯升高。
分子機制上，腫瘤細胞內源性的PD-1通過結合配體PD-L1抑制其下遊的兩大經典信號通路，即AKT和ERK1/2，從而抑制了腫瘤細胞的生長。這說明腫瘤細胞中的PD-1和PD-L1是通過包括AKT和ERK1/2在內的經典信號通路影響腫瘤細胞的生長的。
3 PD-1功能對癌細胞生長和信號通路的影響
PD-1的結構主要包括胞外免疫球蛋白可變區（Ig V）樣結構域、疏水的跨膜區和胞內區。胞內區尾部含有2個獨立的磷酸化作用位點，分別為免疫受體酪氨酸抑制基序（ITIM）和免疫受體酪氨酸轉換基序（ITSM）。
PD-1胞外IgV樣結構與其配體結合後，促使PD-1 的ITSM結構域中的酪氨酸發生磷酸化，進而引起下遊蛋白激酶Syk和PI3K的去磷酸化，抑制下遊AKT、ERK等通路的活化，最終抑制T細胞活化所需基因及細胞因子的轉錄和翻譯，發揮負向調控T細胞活性的作用。
由於PD-1信號轉導依賴於免疫細胞中PD-1細胞質尾部ITIM和ITSM，我們產生了三個突變體，這些突變體在腫瘤細胞中過表達，與野生型PDCD1過表達相比，任一單點突變體的過表達導致細胞增殖略有增加，但是雙重突變完全消除了過表達野生型PDCD1對細胞增殖的影響。
另外研究顯示含有Src同源結構域的酪氨酸磷酸酶（SHP2）是T細胞中PD-1功能和信號傳導的主要驅動器，進一步檢查了SHP2是否參與腫瘤細胞中PD-1的作用。SHP2敲減不能消除PDCD-1過表達對癌細胞中細胞增殖的影響。總體而言，這些數據表明，腫瘤細胞固有的PD-1可以啟動信號傳導通路類似於在T細胞中激活的通路，但是SHP2對於癌細胞的PD-1功能的影響是非必須的。
4 PD-1同樣是依賴於受體PD-L1發揮功能
隨後，研究人員發現，在腫瘤細胞中，PD-1和PD-L1也是通過相互作用發揮功能的。該研究通過一系列實驗設計發現，在同一株細胞中同時過表達PD-1和PD-L1會進一步抑制腫瘤細胞的生長；而同時敲低兩者後則不會進一步加劇腫瘤細胞的生長，這表明在腫瘤細胞中，PD-1同樣是依賴於受體PD-L1發揮功能的。
5 總結
PD-1主要在活化的T細胞、B細胞和單核細胞上表達。最近的研究表明，PD-1在多種癌細胞的亞群中表達，包括黑色素瘤，肝細胞癌（HCC）和NSCLC。本研究證明了PDCD1在各種癌細胞系中轉錄，進一步揭示了PD-L1在癌細胞亞群上表達，該亞群與表達PD-1的亞群相同或不同。
T細胞活化後可誘導PD-1表達，PD-1作為共抑制受體，起免疫檢查點的作用，以維持外周免疫耐受並防止自身免疫。腫瘤細胞上表達的PD-L1與PD-1的連接可通過ITSM和ITIM傳導PD-1細胞質尾巴的信號傳導，進而抑制PI3K / AKT，MAPK/ERK1/2和/或mTOR，從而抑制腫瘤細胞增長。
6 腫瘤細胞固有的PD-1是潛在的癌基因
有研究發現，腫瘤細胞中表達PD-1，利用抗PD-1抗體治療後抑制了腫瘤細胞的生長，如黑色素瘤，肝癌等；在沒有適應性免疫的情況下，以PD-1為靶點的抗體治療會降低卵巢癌和膀胱癌細胞的細胞生長。這些數據都表明，腫瘤細胞固有的PD-1是潛在的癌基因。
但是，也有研究表明，表達PD-1的鼠類腫瘤細胞在PD-1靶向抗體治療下在體內和體外均顯示出促進腫瘤生長，這也為有些病人並不能對抗PD-1抗體的治療有效應答提供了一定的證據支持。
7 腫瘤細胞固有的PD-1在不同的腫瘤類型/細胞系中起拮抗作用
研究揭示了PD-1是一種腫瘤抑制因子，可抑制NSCLC體外和體內系統中的經典信號傳導途徑，例如AKT和ERK1/2途徑。但是，本研究中沒有觀察到PD-1/ PD-L1功能障礙後mTOR的激活。PD-1阻斷反而會促進細胞增殖並激活NSCLC和結腸癌細胞中的AKT和ERK1/2信號通路。這些數據表明，PD-1的抗腫瘤功能不僅限於NSCLC，而且可能在多種腫瘤類型中起作用。
關於CTLA-4，PD-1/PD-L1靶點的研究，揭示了癌症治療的新時代，給無數的腫瘤患者帶來了福音，當然我們也要警惕藥物的使用情況，並非所有的患者都適合使用PD-1等抗體藥物，深入進行相關分子機制研究，這些研究表明，腫瘤細胞固有的PD-1發揮作用在不同的腫瘤類型/細胞系中具有拮抗作用。這些發現將有助於開發最佳的免疫治療策略，使癌症患者受益。
本文來自VIP說，作者南北。
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