详解：什么是免疫检查点蛋白质及其抑制剂药物现在有几种免疫肿瘤治疗方法可用

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现在有几种免疫肿瘤治疗方法可用，例如免疫细胞治疗（CAR-T），细胞因子，单克隆抗体，癌症疫苗和检查点抑制剂。在这里，我们讨论免疫检查点蛋白质及其抑制剂药物。

在讨论之前先来回顾下一些免疫相关知识。

免疫系统

免疫系统是由细胞，组织和器官组成的网络，这些细胞，组织和器官一起工作，保护身体免受有害物质，如细菌，病毒和癌症等疾病的侵害。为了正常运作，免疫系统必须先检测出各种病原体，从病毒到寄生虫，并将其与生物体自身的健康组织区分开来。首次发现异物后，免疫系统会采取行动破坏异物和异常细胞，包括癌细胞。

图1. 人体免疫系统

免疫系统主要由两种免疫方式

体液免疫，也叫做抗体免疫，由B细胞产生识别并破坏外来物质的抗体

细胞免疫，由T细胞识别并破坏异常细胞，包括哪些癌变细胞。

免疫系统过渡激活或者缺陷都会对人体造成伤害，免疫系统紊乱会导致自身免疫疾病，炎症和癌症。当免疫系统激活低于正常水平时，会产生严重感染或者感染复发。在使用免疫抑制剂治疗或者某些遗传疾病都会导致免疫缺陷，相反的，过渡激活的免疫系统会攻击正常组织，导致自身免疫疾病。

癌症和免疫应答

体内的细胞产生癌变是比较普遍的，正常情况下，免疫系统可以破坏癌细胞，然而，有时癌细胞会产生变异和适应，以此来躲避免疫系统的攻击，在这种情况下，癌细胞就会生长和扩散，这就是为什么肿瘤会发生并威胁到我们身体健康的原因。

肿瘤免疫疗法

免疫肿瘤学是一个创新领域，它通过改变免疫系统，将肿瘤识别为身体的外来物质，并且需要受到攻击，以此来促进人体自身免疫系统对抗癌症。与当前的癌症治疗手段（如手术，化疗和放疗）相比，免疫肿瘤学可以使癌细胞成为靶细胞，使其余细胞免受伤害，并且对患者癌症阶段的限制也更少。

接下来正式步入今天的主题

免疫检查蛋白

免疫检查点是免疫激活过程的调节者。它们在维持免疫稳态和预防自身免疫方面起着关键作用。在癌症中，为了根除肿瘤细胞并诱导抗肿瘤免疫，T细胞能够识别由抗原呈递细胞（APC）呈递给T细胞受体（TCR）的肿瘤抗原。与TCR结合后，T细胞激活需要第二个信号（信号二，也称为共刺激信号）。共刺激信号来自T细胞上的CD28分子与在APC上的配体，B-7分子（CD80和CD86）结合。 CD28与其配体即B7蛋白结合在APC表面后，T细胞增殖被激活以增强免疫力。当细胞毒性T淋巴细胞抗原4（CTLA-4）和程序性死亡1（PD-1）与其在APC或肿瘤上的配体B7-1 / B7-2和PD-L1（B7-H1）/ PD- L2（B7-DC）结合后，传递免疫抑制信号。这些参与免疫调节的蛋白质分子被称为免疫检查点蛋白。

图2. 免疫检查点蛋白

如前所述，肿瘤细胞可利用抑制机制并通过抑制免疫细胞的增殖逃避宿主抗肿瘤活性，随后继续增殖并存活。

研究人员开发了免疫检查点抑制剂来控制免疫逃逸肿瘤。检查点抑制剂可阻断抑制检查点，恢复免疫系统功能。最广泛研究的免疫检查点抑制剂是anti-CTLA-4，anti-PD-1和anti-PD-L1的单克隆抗体，它们靶向T细胞调控途径以增强抗肿瘤免疫应答。

CTLA-4

细胞毒性T淋巴细胞抗原4（CTLA-4）（CD152）和CD28是由CD4 +和CD8+ T细胞表达的同源受体，它们介导相反的T细胞活化功能。两种受体共享抗原呈递细胞（APC）表面上表达的一对配体。

图3. CTLA-4，CD28及其配体

T细胞激活过程中受到共刺激信号和共抑制信号的共同调节。T细胞上的CD28与APC上的B7-1或B7-2分子特异性结合后，产生共刺激信号，可以完全激活T细胞并分泌细胞因子。相反的，CTLA-4与B7-1或B7-2分子特异性结合后会产生抑制信号，并且，由于CTLA-4与B7的结合亲和力高于CD28，所以CTLA-4可和CD28竞争结合B7，阻止CD28产生共刺激信号促进T细胞激活，同时还可以抑制T细胞的激活。

目前的研究已经提出了许多不同的模型来解释CTLA-4的作用机制。其中最简单的是CD28和CTLA-4与配体结合之间的竞争，这已经与其他细胞固有抑制信号传导模型一起被提出。与CD28相比，CTLA-4对B-7配体具有更高的结合亲和力，比CD28高了大约20倍，导致T细胞应答的减弱和终止，最终建立免疫耐受性，减少自身免疫的发展。

CD28主要在T细胞膜上表达，而CTLA-4主要存在于FoxP3+Treg细胞或激活的常规T细胞的细胞内囊泡中。这主要是由于细胞膜上的CTLA-4被持续性内吞导致的，约有90%的CTLA-4存在于细胞内。T细胞膜上的CTLA-4结合CD80和CD86，然后结合物与CTLA-4一起被内吞，从APC上脱离，这个机制被称为反式内吞作用

图4. CTLA-4反式内吞机制

使用免疫检查点抑制剂来破坏肿瘤患者的T细胞功能障碍的似乎是癌症治疗的可行方法。 Ipilimumab（一种anti-CTLA-4 单抗）的成功首次证明了这一点， FDA已经批准Ipilimumab用于晚期黑色素瘤。

PD-1/PD-L1

最初，PD-1被证明是细胞死亡的受体; 然而，后来发现PD-1在抑制T细胞活化和抑制T细胞功能中发挥调节作用。与CTLA-4相反，PD-1主要调节组织和肿瘤内的效应T细胞活性而不是调节淋巴器官中的T细胞活化过程。 CTLA-4主要影响未激活的T细胞，而 PD-1主要在外周组织中的成熟T细胞和肿瘤微环境中表达。它也在B细胞， APC和自然杀伤（NK）细胞等其他非T细胞亚群中表达。

PD-L1和PD-L2（分别也分别称为B7-H1和B7-DC）都是I型跨膜蛋白。尽管PD-L1在胎盘和巨噬细胞样细胞外的正常人组织中很少表达，但其表达可由IFN-γ和其他活化的T细胞释放的细胞因子刺激上调。与由CD28受体递送的正向共刺激信号相反，PD-1在结合其配体PD-L1和PD-L2时递送负信号。 PD-1通过募集磷酸酶SHP-2和并使在T细胞受体信号传导中起关键作用的Zap70失活来抑制T细胞活化。

图5. PD-1和PD-L1结合抑制T细胞激活

许多不同的人类肿瘤细胞可以通过在其表面表达PD-L1来逃避宿主免疫系统监控。抗肿瘤免疫应答可以诱导这种免疫检查点配体在肿瘤细胞中表达。肿瘤浸润淋巴细胞（TIL）识别由肿瘤细胞，肿瘤基质细胞和APC呈递的肿瘤抗原，随后释放IFN-γ，诱导PD-L1表达，从而产生适应性免疫耐受性微环境。

在小鼠模型中，PD-1及PD-L1的受抗体阻断，可导致抗肿瘤免疫力提高，表明靶向PD-1和其他免疫检查点治疗能够逆转这种功能失调的状态并重新激活慢性病毒感染和癌症中的T细胞活性。

图6.PD-1/PD-L1单抗抑制剂

其他免疫检查点蛋白

表1.其他免疫检查点蛋白

Immune Checkpoint Protein

Synonym

Cellular Expression

Ligand

Function

PD-1

(immune suppressive

checkpoint)

CD279

Activated T cells in

peripheral tissue, B cells,

professional APCs, NK cells

PD-L1 (CD274, B7-H1) and PD-L2(CD273,B7-DC)

? PD-1 guards against autoimmunity through a dual mechanism of promoting apoptosis (programmed cell death) in antigen-specific T-cells in lymph nodes while simultaneously reducing apoptosis in regulatory T cells (anti-inflammatory, suppressive T cells).

LAG-3 (immune suppressive checkpoint)

CD223

Activated T cells, NK cells

MHC class II

? Involves the unique intracellular KIEELE domain

TIM-3

(immune suppressive

checkpoint)

HAVcr2

Activated T cells and tissues such as liver, small intestine, thymus, spleen, lung muscle, brain tissue

Mainly galectin-9,

as well as

phosphatidylserine

and HMGB1

? TIM-3 is an immune checkpoint and together with other inhibitory receptors including PD-1 and LAG-3 mediate the CD8+ T-cell exhaustion. HAVCR2 has also been shown as a CD4+ Th1-specific cell surface protein that regulates macrophage activation.

CTLA-4

(immune suppressive

checkpoint)

CD152

Mostly naive CD4+ and CD8+ T cells, Tregs

CD80 (B7-1) or CD86

(B7-2)

?CTLA-4 is expressed by activated T cells and transmits an inhibitory signal to T cells. CTLA-4 is homologous to the T-cell co-stimulatory protein, CD28, and both molecules bind to CD80 and CD86, on antigen-presenting cells. CTLA-4 binds CD80 and CD86 with greater affinity and avidity than CD28 thus enabling it to outcompete CD28 for its ligands. CTLA4 transmits an inhibitory signal to T cells, whereas CD28 transmits a stimulatory signal. CTLA4 is also found in regulatory T cells and contributes to its inhibitory function. T cell activation through the T cell receptor and CD28 leads to increased expression of CTLA-4.

KIRs

(immune suppressive

checkpoint)

CD158

Mainly NK cells but also

APCs and tumor associated CTLS

MHC class I molecules

(HLAs)

? Inhibitory KIRs induce NK cell tolerance through licensing, in which KIR recognizes self MHC class I molecules thus preventing NK cell activation against self-tissue and auto-antigens

GITR (immune activating

checkpoint)

CD357

Tregs, activated CD4+ and CD8+ T cells

GITRL

? GITR is a surface receptor molecule that has been shown to be involved in inhibiting the suppressive activity of T-regulatory cells and extending the survival of T-effector cells.

4-1BB(immune activating

checkpoint)

CD137

Activated CD4+ and CD8+ T cells, Tregs, activated NK cells, DCs, neutrophils

4-1BB-L

? This receptor contributes to the clonal expansion, survival, and development of T cells. It can also induce proliferation in peripheral monocytes, enhance T cell apoptosis induced by TCR/CD3 triggered activation, and regulate CD28 co-stimulation to promote Th1 cell responses. TRAF adaptor proteins have been shown to bind to this receptor and transduce the signals leading to activation of NF-kappaB.

免疫检查点治疗

免疫检查点治疗是革命性的，它可以改变游戏规则。首先，治疗的目标是免疫细胞，而不是肿瘤细胞。其次，该方法不是攻击肿瘤特异性抗原，而是去除抑制性途径。

最近的研究表明，免疫检查点抑制剂能够持久性的控制癌症。这些抑制剂在黑素瘤，肾细胞癌，NSCLC和膀胱UC中显示出有前景的功效。与对其他类型的癌症免疫治疗的情况一样，这些药物的反应率有限，但在某些患者身上实现了长期功效，这种疗法确实改变了癌症治疗的惯例。

表2. 某些进入临床阶段的免疫治疗药剂

Target

Name

Antibody Class

Diseases

Status

Company

CTLA-4

Lpilimumab

(Yervoy)

IgG1k

Melanoma

Non-small/small cell lung cancer

FDA Approved

Bristol-Myers Squibb

tremelimumab

IgG2

melanoma

Completed Phase III

Pfizer, now Medimmune

PD-1

Nivolumab/BMS-936558/MDX1106

IgG4

melanoma

Phase III

Bristol-Myers Squibb

Pidilizumab/

CT-011

IgG1

non-Hodgkin’s lymphoma, chronic lymphocytic leukemia, Hodgkin’s lymphoma, multiple myeloma, acute myeloid leukemia

Phase I/II

CureTech

Pembrolizumab/MK-3475

IgG4

HNSCC

Phase I

Merck

PD-L1

BMS-936559/MDX-1105

IgG4

various cancers

Phase I/II

Bristol-Myers Squibb

MEDI4736

IgG1k

Select Advanced Malignancies

Phase I

MedImmune/AstraZeneca

但是，我们也需要注意，免疫疗法的原理是促进“免疫应答”，免疫系统可以攻击健康细胞以及癌细胞，因此可能会出现某些副作用，包括消化道疾病，食欲不振，疲劳和流感等症状。

参考文献

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Anthony E. Zamora, Jeremy ChaseCrawford and Paul G. Thomas. Hitting the Target: How T Cells Detect andEliminate Tumors. J Immunol 2018; 200:392-399; doi: 10.4049/jimmunol.1701413

Jeffrey Weber. ImmuneCheckpoint Proteins: A New Therapeutic Paradigm for Cancer—PreclinicalBackground: CTLA-4 and PD-1 Blockade. Seminars in Oncology, Vol 37, No 5,October 2010, doi:10.1053/j.seminoncol.2010.09.005

Hashem O. Alsaab et al. PD-1and PD-L1 Checkpoint Signaling Inhibition for Cancer Immunoktherapy: Mechanism,Combinations, and Clinical Outcome. Frontiers in Pharmacology, August 2017,Volume 8

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