肿瘤细胞固有PD-1是一种肿瘤抑制因子--免疫治疗方法的潜在生物标记物
免疫细胞表面上的程序性细胞死亡1（PD-1）受体是介导肿瘤细胞免疫逃逸的免疫检查点分子。PD-1的两个配体，PD-L1和PD-L2由肿瘤细胞表达，从而导致免疫耐受。在正常情况下，PD-1通过与其配体PD-L1、PD-L2结合抑制T淋巴细胞的功能，从而抑制自身免疫应答。然而，当PD-1在肿瘤细胞上表达的潜在影响仍然未知。
近日，发表在PNAS上的“Tumor cell-intrinsic PD-1 receptor is a tumor suppressor and mediates resistance to PD-1 blockade therapy”文章，发现肿瘤细胞中同时表达PD-1和PD-L1，在缺乏适应性免疫的情况下，PD-1/PD-L1信号轴通过激活其主要的下游信号传导途径，包括AKT和ERK1/2途径，从而抑制肿瘤生长。发现PD-1信号传导途径的分子功能和机制，揭示了肿瘤细胞固有的PD-1可作为患者选择免疫治疗方法的潜在生物标记物。
图1 PD-1/PD-L1通过调节包括AKT和ERK1/2途径在内的经典信号通路来抑制肿瘤细胞的生长。临床上可用的针对PD-1（蓝色）或PD-L1（青色）的抗体在缺乏适应性免疫的情况下，通过激活AKT和ERK1/2途径来促进肿瘤细胞的生长，这可能与临床上的HPD和PPD有关。
1 肿瘤细胞亚群可以表达PD-1
为了研究PD-1是否在肿瘤细胞上表达，研究人员分析了编码PD-1的PDCD1基因在癌症基因组图谱(TCGA)数据库数据中的表达谱，发现人类PDCD1在32种癌症组织类型中被广泛转录。因为这些分离的组织可能包括浸润的淋巴细胞，进一步研究了PDCD1转录从癌症细胞系百科全书(CCLE)数据库，其中包括纯癌细胞系。这些建立的癌细胞株也显示PDCD1转录。这些数据表明PDCD1是由癌细胞转录的。
为了验证这一观察，研究人员在13种不同的肿瘤细胞的40种细胞系中，通过RT-PCR、qRT-PCR和测序的结果证实在这些肿瘤细胞中PD-1都有表达。此外，流式细胞术显示PD-1在所有检查的癌细胞的亚群中表达（PD-1的正范围2.48％至68.14％）。另外在七个肺癌患者的肿瘤组织中，有两例患者同样检测到了PD-1的表达（%≧2）。总的来说，这些数据表明PD-1在癌细胞的亚群中表达。
2 抑制肿瘤细胞生长并使AKT和ERK1/2失活
为了研究PD-1和PD-L1在肿瘤细胞中的作用，通过构建PD-1及其配体PD-L1的敲减细胞系和过表达细胞系，发现PD-1和PD-L1都是肿瘤抑制性分子。PD-1或PD-L1的敲低能促进肿瘤细胞的生长以及克隆形成能力。
相反，过表达PD-1或PD-L1可以抑制肿瘤细胞的生长和克隆形成能力。这说明，肿瘤细胞内源性PD-1和PD-L1起着抑制肿瘤细胞生长的作用。通过建立小鼠皮下移植肿瘤模型也进一步证实了此功能。
腹腔注射Nivolumab、Pembrolizumab和IgG可溶性蛋白，发现注射Nivolumab和Pembrolizumab的两组小鼠荷瘤明显比对照组长的快。免疫组化结果显示，注射Nivolumab和Pembrolizumab的两组小鼠荷瘤中的AKT和ERK的磷酸化水平明显升高。
分子机制上，肿瘤细胞内源性的PD-1通过结合配体PD-L1抑制其下游的两大经典信号通路，即AKT和ERK1/2，从而抑制了肿瘤细胞的生长。这说明肿瘤细胞中的PD-1和PD-L1是通过包括AKT和ERK1/2在内的经典信号通路影响肿瘤细胞的生长的。
3 PD-1功能对癌细胞生长和信号通路的影响
PD-1的结构主要包括胞外免疫球蛋白可变区（Ig V）样结构域、疏水的跨膜区和胞内区。胞内区尾部含有2个独立的磷酸化作用位点，分别为免疫受体酪氨酸抑制基序（ITIM）和免疫受体酪氨酸转换基序（ITSM）。
PD-1胞外IgV样结构与其配体结合后，促使PD-1 的ITSM结构域中的酪氨酸发生磷酸化，进而引起下游蛋白激酶Syk和PI3K的去磷酸化，抑制下游AKT、ERK等通路的活化，最终抑制T细胞活化所需基因及细胞因子的转录和翻译，发挥负向调控T细胞活性的作用。
由于PD-1信号转导依赖于免疫细胞中PD-1细胞质尾部ITIM和ITSM，我们产生了三个突变体，这些突变体在肿瘤细胞中过表达，与野生型PDCD1过表达相比，任一单点突变体的过表达导致细胞增殖略有增加，但是双重突变完全消除了过表达野生型PDCD1对细胞增殖的影响。
另外研究显示含有Src同源结构域的酪氨酸磷酸酶（SHP2）是T细胞中PD-1功能和信号传导的主要驱动器，进一步检查了SHP2是否参与肿瘤细胞中PD-1的作用。SHP2敲减不能消除PDCD-1过表达对癌细胞中细胞增殖的影响。总体而言，这些数据表明，肿瘤细胞固有的PD-1可以启动信号传导通路类似于在T细胞中激活的通路，但是SHP2对于癌细胞的PD-1功能的影响是非必须的。
4 PD-1同样是依赖于受体PD-L1发挥功能
随后，研究人员发现，在肿瘤细胞中，PD-1和PD-L1也是通过相互作用发挥功能的。该研究通过一系列实验设计发现，在同一株细胞中同时过表达PD-1和PD-L1会进一步抑制肿瘤细胞的生长；而同时敲低两者后则不会进一步加剧肿瘤细胞的生长，这表明在肿瘤细胞中，PD-1同样是依赖于受体PD-L1发挥功能的。
5 总结
PD-1主要在活化的T细胞、B细胞和单核细胞上表达。最近的研究表明，PD-1在多种癌细胞的亚群中表达，包括黑色素瘤，肝细胞癌（HCC）和NSCLC。本研究证明了PDCD1在各种癌细胞系中转录，进一步揭示了PD-L1在癌细胞亚群上表达，该亚群与表达PD-1的亚群相同或不同。
T细胞活化后可诱导PD-1表达，PD-1作为共抑制受体，起免疫检查点的作用，以维持外周免疫耐受并防止自身免疫。肿瘤细胞上表达的PD-L1与PD-1的连接可通过ITSM和ITIM传导PD-1细胞质尾巴的信号传导，进而抑制PI3K / AKT，MAPK/ERK1/2和/或mTOR，从而抑制肿瘤细胞增长。
6 肿瘤细胞固有的PD-1是潜在的癌基因
有研究发现，肿瘤细胞中表达PD-1，利用抗PD-1抗体治疗后抑制了肿瘤细胞的生长，如黑色素瘤，肝癌等；在没有适应性免疫的情况下，以PD-1为靶点的抗体治疗会降低卵巢癌和膀胱癌细胞的细胞生长。这些数据都表明，肿瘤细胞固有的PD-1是潜在的癌基因。
但是，也有研究表明，表达PD-1的鼠类肿瘤细胞在PD-1靶向抗体治疗下在体内和体外均显示出促进肿瘤生长，这也为有些病人并不能对抗PD-1抗体的治疗有效应答提供了一定的证据支持。
7 肿瘤细胞固有的PD-1在不同的肿瘤类型/细胞系中起拮抗作用
研究揭示了PD-1是一种肿瘤抑制因子，可抑制NSCLC体外和体内系统中的经典信号传导途径，例如AKT和ERK1/2途径。但是，本研究中没有观察到PD-1/ PD-L1功能障碍后mTOR的激活。PD-1阻断反而会促进细胞增殖并激活NSCLC和结肠癌细胞中的AKT和ERK1/2信号通路。这些数据表明，PD-1的抗肿瘤功能不仅限于NSCLC，而且可能在多种肿瘤类型中起作用。
关于CTLA-4，PD-1/PD-L1靶点的研究，揭示了癌症治疗的新时代，给无数的肿瘤患者带来了福音，当然我们也要警惕药物的使用情况，并非所有的患者都适合使用PD-1等抗体药物，深入进行相关分子机制研究，这些研究表明，肿瘤细胞固有的PD-1发挥作用在不同的肿瘤类型/细胞系中具有拮抗作用。这些发现将有助于开发最佳的免疫治疗策略，使癌症患者受益。
本文来自VIP说，作者南北。