探秘免疫检查点抑制剂耐药的真相

2020
07/22

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探秘免疫检查点抑制剂耐药的真相来了,赶紧来看看吧!

众所周知,免疫治疗是癌症领域新兴的治疗方式,主要利用自身的免疫系统来识别和杀死肿瘤细胞。目前各种形式的免疫疗法正在开展,并处在临床前和临床发展的不同阶段。数十年来的科学工作者旨在了解T细胞调节的复杂机制,已发现了一些免疫检查点分子。

 相应的免疫检查点抑制剂(ICB,例如PD-1,PD-L1,CTLA-4抑制剂)在已在不同类型的癌症阻断免疫治疗中获得临床成功。但并非所有患者都能获益,ICB治疗有效的患者会发生耐药,部分患者初治就对药物不敏感,产生原发性耐药。因此,揭示免疫检查点的耐药机制及如何克服耐药显得至关重要。 ▼ 常见免疫检查点及免疫检查点抑制剂的作用部位 11081595372988120   

最近在 Translational Oncology (IF 3.3)发表的一篇综述文章“Resistance to Checkpoint Inhibitionin Cancer Immunotherapy ”和Immunology(IF 5.016) 发表的一篇综述文章“Tumour- intrinsicresistance to immune checkpoint blockade”针对免疫检查点抑制剂耐药的机制和潜在的解决方案做了全面的论述。 ▼ 免疫检查点及其在T细胞中的信号转导模式图 

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▼ 检查点抑制分子的功能和性质

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T细胞介导的细胞免疫受到多个免疫检查点的严格调控。常见的免疫检查点包含PD-1,CTLA-4, LAG3, TIM-3和VISTA,相应的免ICB的耐药机制是怎样的呢?可能的机制的包括以下: PD-1(程序性死亡受体1) 调控T细胞功能的主要免疫检查点分子之一是PD-1(或CD279),属于免疫球蛋白超家族的CD28/CTLA-4家族。PD-1的两个主要配体是PD-L1(B7-H1)和PD-L2 (B7-DC)。PD-L1与活化的免疫细胞上的PD-1或CD80受体结合,导致T细胞功能障碍和凋亡。肿瘤细胞过表达PD-L1有助于逃避细胞毒性T细胞介导的细胞死亡。 PD-1或PD-L1抑制剂一直广受追捧,其通过恢复先前耗尽的T细胞,促进抗肿瘤免疫反应。然而,高达50%的PD-L1阳性肿瘤患者在PD-1/PD-L1阻断后出现耐药或复发。导致PD-1/PD-L1阻断耐药的主要因素包括癌细胞中PD-L1表达、肿瘤抗原缺乏、抗原递呈无效、致癌途径的激活、IFN- γ信号的突变,以及肿瘤微环境中T细胞衰竭、Treg细胞、骨髓来源的抑制细胞 (MDSCs)和肿瘤相关巨噬细胞(TAMs)等。  

缺乏新抗原和抗原递呈丧失

抗PD-1治疗依赖于肿瘤组织内的肿瘤抗原特异性T细胞对肿瘤的识别,而肿瘤新抗原缺失意味着T细胞无法识别肿瘤,可能导致PD-1/PD-L1阻断治疗失败。 人黑色素瘤、肾细胞癌和非小细胞肺癌对PD-1/PD-L1治疗最敏感,主要归因于其肿瘤具有高度免疫原性。 免疫原性差的肿瘤对PD-1/PD-L1阻断反应差。胰腺导管腺癌(PDAC)中,ICB单药通常无效,仅在小部分存在错配修复缺陷的患者中有效。可能由于微卫星不稳定导致体细胞突变数量增加,进而转化为可被免疫系统识别的新抗原,增加对ICB的响应性。 抗原呈递机制的缺失,如β-2-微球蛋白(β2M)和HLA,是肿瘤避免被抗原识别和呈递的另一机制。 β2M是所有HLA I类复合物的装配及MHC向T细胞的呈递肿瘤肽中所必须的。研究结果显示,β2M表达缺陷的黑色素瘤细胞,替换正常的β2M可恢复细胞的抗原呈递能力,及T细胞对肿瘤的识别能力。   ▼ PD-1/PD-L1阻断的信号通路 43001595372988606  

细胞信号转导异常

细胞信号转导异常是导致免疫治疗耐药的主要因素。 参与的通路包括PI3K/AKT通路、WNT/ β-catenin通路、JAK/STAT/IFNγ和MAPK通路。PTEN是抑制PI3K活性的肿瘤抑制因子。PTEN缺失与肿瘤细胞中免疫抑制细胞因子表达增加和肿瘤区域T细胞浸润减少有关。PTEN缺失导致PI3K-AKT通路活化,进而导致ICB耐药。 同样,WNT/ β-catenin信号通路激活,可导致T细胞从肿瘤微环境中排出,与黑色素瘤患者抗PD-1获得性耐药相关。 IFN-γ通路异常是ICB耐药的另一因素 。T细胞在识别肿瘤抗原后会产生IFN-γ。IFN-γ作用于JAK1和JAK2受体以及信号传导与转录活化因子(STAT),导致抗肿瘤反应、抗原呈递和趋化因子相关基因的上调。 JAK1和JAK2位于IFN-γ信号通路的下游,可调控趋化因子CXCL9、CXCL10和CXCL11的表达,吸引T细胞到肿瘤部位,而JAK1/2功能缺失突变可能导致T细胞浸润减少,IFN-γ信号缺失,从而导致ICB耐药。   ▼ IFN-γ通路及抗原呈递在抗肿瘤免疫中的作用的发展时间轴 

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肿瘤微环境(TME)

TME是肿瘤周围的细胞环境,包括免疫细胞、炎性细胞、成纤维细胞、神经内分泌细胞、细胞外基质和基质细胞。肿瘤微环境的组成变化可能与ICB的原发性和获得性耐药相关,包含但不限于,免疫抑制细胞因子、骨髓来源抑制细胞(MDSCs)、调节性T细胞(Tregs)和耗竭型T细胞。 TME中辅助性T (Th1)细胞因子,Cxcl9和Cxcl10的表观遗传沉默,参与肿瘤浸润淋巴细胞( TILs )的趋化招募,从而调控T细胞向肿瘤迁移 。肿瘤内Cxcl9和Cxcl10浓度增加与较好的生存期相关。Th1型细胞因子的表观遗传沉默可增加TILs,增强PD-L1检查点阻断的效果。Th1型细胞因子表观遗传沉默主要通过2种机制,分别为EZH2介导的组蛋白修饰和DNMT介导的DNA甲基化。 一项卵巢癌的临床前研究表明,使用重组表观遗传途径的药物,如DZNep (EZH2抑制剂)和DNMT抑制剂,可改变肿瘤微环境,从而导致T细胞浸润增加。 CXCR4及其配体CXCL12在肿瘤中广泛表达,参与细胞增殖、迁移、存活和肿瘤转移。CXCR4刺激肿瘤转移到CXCL12大量表达的区域 。PDAC模型证明CXCL12可通过排除T细胞,阻止T细胞发挥抗肿瘤活性,从而对ICB产生耐药性。阻断CXCL12/CXCR4可增加T细胞浸润肿瘤,提高抗PD-L1治疗疗效。 TME中 MDSCs的存在也会降低ICB的疗效 。MDSCs来源于髓系祖细胞,是树突细胞、粒细胞或巨噬细胞的前体,具有抑制T细胞和NK细胞的作用。激活的MDSCs产生一氧化氮,同时上调精氨酸酶-1的表达,均可导致TME中L-精氨酸的消耗和诱导T细胞的细胞周期阻滞。 MDSCs上的PD-L1与T细胞上的PD-1相互作用导致T细胞衰竭。 MDSCs还可诱导Tregs细胞扩增,降低效应T细胞的抗肿瘤活性。因此,MDSCs可能是肿瘤免疫治疗的一个有前途的靶点,尤其是与ICB联合应用。在小鼠模型中,使用PI3K抑制剂联合ICB可抑制MDSCs,促进肿瘤消退。 Tregs通过分泌IL-10、IL-35和TGF-β抑制效应T细胞应答 。PD-1的表达可抑制mTOR-Akt信号级联,上调初始CD4+T细胞向免疫抑制Treg细胞的转化。Treg可上调多种免疫检查点分子的表达,是ICB研究的重要靶点。体外研究表明nivolumab可抑制Treg细胞的抑制功能。 Teff与Treg细胞比率的增加与PD-1/PD-L1阻断产生更好临床响应有关。研究PD-1阻断对Treg抑制作用的临床研究有限,但研究表明PD-1阻断可通过减轻Treg的抑制而增加黑色素瘤抗原特异性CTLs的生成。 细胞毒T淋巴细胞相关抗原(CTLA4)

CTLA4是一种跨膜蛋白,在活化的CD4+和CD8+细胞表达,与CD28具有高度同源性,均为免疫球蛋白超家族成员,二者与相同的配体CD86(B7-1)结合。CTLA4的免疫调控功能的关键体现在控制CD4+FoxP3、CD8+T细胞以及调节性T细胞(Treg)。CTLA4能够终止激活的T细胞的反应以及介导Treg的抑制功能。

Ipilimumab(CTLA4抑制剂)已被证明在某些肿瘤(如黑色素瘤)的治疗中有效,但同样一些肿瘤也会对抗CTLA-4抗体产生耐药性。

CTLA-4阻断能增强T细胞的功能和抗肿瘤的免疫反应,主要通过IFN-γ的作用来实现 。研究发现,一些肿瘤缺乏IFN-γ的应答基因,从而对抗CTLA-4抗体的治疗耐药。 当使用一种抗体治疗时,其他免疫检查点会上调,造成ICB耐药 。 例如,在研究黑素瘤或前列腺癌时,发现最初CTLA-4表达的肿瘤,用抗CTLA-4抗体治疗反而上调了VISTA,激活了其他抑制T细胞的途径。 CTLA-4依赖共刺激分子B7诱导其应答 。因此免疫原性降低的肿瘤对抗CTLA-4治疗无效,如B16-BL6黑色素瘤,就是一种极具致瘤性但免疫原性不强的肿瘤。 目前,可使用ICBs联用来对抗耐药机制。抗CTLA-4和抗PD-1抗体联用比单独使用任何一种抗体效果更好,当然不可避免的会带来更大的副作用性。抗CTLA-4单药和抗PD-1单药的副反应分别为27.3%和16.3%,联合用药的副反应为55%。 一项针对黑色素瘤患者的试验显示,联合治疗比抗CTLA-4或抗PD-1单药治疗的生存获益更高(ORR: 58% vs 19% vs44%)。另外抗体与其他分子结合(如,抗CTLA-4抗体和细胞因子)也可进一步增强免疫应答。   

▼ 双重检查点抑制剂的阻断机制

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淋巴细胞激活基因3(LAG 3)   LAG3是一种免疫检查点受体蛋白,LAG3可通过和MHC II分子结合,下调T细胞的活性。同时也可增强Treg的抑制活性。 LAG3阻断剂(如IMP321)的有效阻断有赖于LAG3在T细胞及其他免疫细胞的表达。通常LAG3表达大于1%的患者更有可能从中获益。此外,血液中sLAG3(一种可溶性物质LAG3受体)浓度同样需要评估。 虽然sLAG3和LAG3功能不同,但sLAG3和IMP321之间可能存在相互作用,从而导致IMP321在LAG3阻断时效率降低。可能是LAG3药物耐药的机制,但仍需要更多的试验验证。 临床前研究发现抗LAG3联合抗PD-1可克服抗PD-1治疗的耐药。目前, LAG3抗体BMS-986016正在进行多个临床试验。值得一提的是,BMS-986016与抗PD -1药物nivolumab联合使用,对以往单抗抗PD -1治疗难治的黑色素瘤患者有效。 粘蛋白结构域3 (TIM-3)

TIM-3是TIM家族的一个受体蛋白,在T细胞、Treg细胞,先天免疫细胞(树突细胞、自然杀伤细胞、单核细胞)的表面表达。TIM有多种配体,如磷脂酰丝氨酸、半乳凝素9、HMGB1和CEACAM-1。TIM-3并非在所有T细胞激活后得以上调,仅在CD4+辅助T细胞1(Th1)和CD8+细胞毒性T细胞中上调,参与协同机制作用。

TIM-3在肿瘤中T细胞的耗竭中发挥重要作用。共同抑制免疫检查点TIM-3的表达与PD-1阻断的耐药性有关,同时,在临床前模型中,TIM-3和PD-1阻断的反应有所改善。最近一项肺腺癌免疫小鼠模型研究表明,抗PD -1治疗后肿瘤复发是由T细胞TIM-3表达增加所致。

值得注意的是,抗PD -1联合抗TIM-3可以改善荷瘤小鼠的反应。同样,两例抗PD -1治疗复发的肺癌患者中发现T细胞上TIM-3表达增加。

目前两项抗TIM- 3单克隆抗体正在进行临床试验,分别为TSR-022单克隆抗体和Sym023单克隆抗体。   T细胞活化V结构域Ig抑制剂 (VISTA) VISTA属于免疫球蛋白家族,胞外结构和PD-L1同源。人源的VISTA主要表达在CD4+细胞,CD8+细胞、CD11b+亚群的单核细胞、淋巴细胞、骨髓细胞、树突细胞亚群和中性粒细胞。VISTA作为免疫检查点可抑制T细胞活性。 已发现VISTA是一种免疫负调节因子。VSIG-3与VISTA结合时对T细胞有抑制作用。在小鼠模型中,由于被T细胞抑制,表达VISTA的肿瘤生长速度加快。研究发现,表达PD-1或CTLA-4并经抗PD-1/CTLA-4抗体处理的肿瘤细胞可上调VISTA。99%的非小细胞肺癌中发现了VISTA,可作为治疗的新靶点。 目前VISTA/PD-L1拮抗剂CA-170的临床试验正在进行。该研究中,CA-170用于实体瘤或淋巴瘤且疾病进展或疾病对其他疗法无反应的患者。

▼ VISTA的作用机制

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结论 

由此可见,免疫检测点PD-1、CTLA-4、LAG3、TIM-3和VISTA在机体中主要是为了防止过度免疫反应而对人体产生的不良影响。肿瘤活检时淋巴细胞的数量与疾病控制呈正相关。 细胞信号转导异常是可能是导致免疫治疗耐药的主要因素,另外缺乏新抗原和抗原递呈丧失及免疫微环境的情况也是导致免疫治疗耐药的原因。 抗PD -1、抗CTLA4、抗LAG 3、抗VISTA和抗TIM-3抗体有可能阻止耐药性的发展。 在临床前试验中,联合免疫治疗与改善对肿瘤细胞的反应和延长疾病控制时间有关。未来免疫治疗会向个性化和组合方案发展,让更多患者获益。 

参考文献 :

1.A L B , A F C , A LC , et al. Resistance to Checkpoint Inhibition in Cancer Immunotherapy[J].Translational Oncology, 13( 3). 2.Kalbasi A , Ribas A. Tumour-intrinsic resistance to immune checkpoint blockade[J]. Nature reviews.Immunology, 2019, 20(450):1-15. 3.Mohamed A.ElTanbouly et al. VISTA is acheckpoint regulator for naïve T cell quiescenceand peripheral tolerance. Science(2020). 4.Crosby E J , Wei J , Yang X Y , et al.Complimentary mechanisms of dual checkpoint blockade expand unique T-cellrepertoires and activate adaptive anti-tumor immunity in triple-negative breasttumors[J]. Oncoimmunology, 2018:00-00.

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关键词:
黑色素瘤,抑制剂,耐药

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