在癌細胞表面表達的PD-L1蛋白通過與免疫細胞表面表達的PD-1受體相結(jié)合，抑制抗癌免疫反應(yīng)的作用機制幫助開發(fā)了革命性的創(chuàng)新免疫療法。然而這并不是PD-L1的唯一作用，近年的研究發(fā)現(xiàn)，PD-L1對表達它的癌細胞的生長和生存、干細胞特性、DNA損傷應(yīng)答和基因調(diào)控等多個方面都能產(chǎn)生影響。很多效果與PD-1無關(guān)。這些發(fā)現(xiàn)表明，PD-L1介導(dǎo)的細胞外信號通路雖然帶來有效抗癌療法，但并沒有完整反映了PD-L1作用的全貌。近日，Nature Reviews Cancer上發(fā)表的一篇綜述對PD-L1介導(dǎo)的癌細胞內(nèi)信號通路進行了盤點。今日，藥明康德內(nèi)容團隊將與讀者分享其中的部分精彩內(nèi)容，點擊文末“閱讀全文/Read more”，即可訪問綜述網(wǎng)址。
PD-L1結(jié)構(gòu)和介導(dǎo)癌細胞內(nèi)信號傳導(dǎo)的方式
PD-L1蛋白包含5個主要蛋白域。我們通常提到的PD-L1蛋白指的是人類的全長PD-L1蛋白，它不但在表達在細胞表面的時候能夠介導(dǎo)癌細胞內(nèi)的信號傳導(dǎo)，而且在細胞內(nèi)也可以調(diào)節(jié)一系列信號通路。PD-L1至少有6種亞型，這些亞型因為結(jié)構(gòu)不同，在信號傳導(dǎo)的能力上也有顯著的區(qū)別。有些亞型可能具有重要的功能和預(yù)后影響，比如在復(fù)發(fā)型非小細胞肺癌患者中發(fā)現(xiàn)一種分泌的PD-L1亞型可以通過與抗PD-L1抗體結(jié)合，介導(dǎo)對免疫檢查點抑制劑的耐藥性。
▲PD-L1的蛋白結(jié)構(gòu)域和亞型（圖片來源：參考資料[1]）
位于細胞表面的全長PD-L1通過與PD-1結(jié)合，能夠通過細胞內(nèi)的C端蛋白域介導(dǎo)不同的信號通路。比如，黑色素瘤中，癌細胞表面表達的PD-1通過與PD-L1結(jié)合，能夠激活mTORC1，并導(dǎo)致細胞增殖和動物模型中腫瘤的生長。與之相反，在非小細胞肺癌細胞和動物模型中，PD-1和PD-L1結(jié)合引發(fā)的PD-L1介導(dǎo)信號會抑制MAPK-ERK信號傳導(dǎo)，抑制腫瘤生長?？茖W(xué)家們?nèi)匀恍枰嗟难芯縼斫忉尣煌┌Y種類中PD-L1介導(dǎo)信號的不同作用。這可能與特定遺傳背景、腫瘤生物學(xué)、或細胞特異性轉(zhuǎn)譯后PD-L1或PD-1的修飾相關(guān)。細胞內(nèi)存在的PD-L1介導(dǎo)的信號細胞內(nèi)的全長PD-L1蛋白雖然與表達在細胞表面的PD-L1蛋白序列相同，但是它的N端結(jié)構(gòu)域很可能沒有完成折疊，因此讓細胞內(nèi)PD-L1與不同的蛋白和其它生物分子相結(jié)合。值得關(guān)注的是，細胞質(zhì)中的PD-L1能夠與mRNA結(jié)合并穩(wěn)定mRNA，導(dǎo)致特定DNA損傷修復(fù)蛋白表達水平的上升。在特定三陰性乳腺癌細胞系中，細胞核周或核內(nèi)的PD-L1可以與DNA依賴性蛋白激酶結(jié)合，激活MAPK或ERKs，促進細胞生存信號傳導(dǎo)。這兩種作用機制能夠在不依賴PD-1或CD80這兩種可以與PD-L1結(jié)合的蛋白的情況下，促進對某些細胞毒性化療的耐藥性。細胞核內(nèi)的PD-L1還可以直接與DNA相結(jié)合，綜述作者預(yù)測，細胞核內(nèi)的PD-L1可能參與DNA損傷修復(fù)通路，從而調(diào)控DNA損傷修復(fù)和對化療的耐藥性，不過潛在作用機制仍然需要實驗澄清。
▲PD-L1影響多種癌細胞內(nèi)的信號通路（圖片來源：參考資料[1]）
癌細胞內(nèi)PD-L1介導(dǎo)信號的免疫學(xué)后果PD-L1通過與PD-1結(jié)合對免疫細胞的影響是抗癌免疫療法的基石，這一作用機制已經(jīng)廣為人知。與之相比，癌細胞內(nèi)PD-L1介導(dǎo)的信號通路對抗癌免疫反應(yīng)的影響卻很少受到關(guān)注。PD-L1可以通過抑制STAT3的激活，在小鼠黑色素瘤細胞中抑制對IFNα和IFNβ和IFNγ的敏感性，也可以在小鼠三陰性乳腺癌體外和體內(nèi)模型中促進細胞焦亡，從而增強腫瘤的免疫原性細胞死亡。有趣的是，細胞核內(nèi)的PD-L1可以在不同三陰性乳腺癌細胞系中促進I型主要組織相容復(fù)合體（MHC）的表達，理論上這可以改善抗原特異性免疫識別或抑制自然殺傷細胞。通過在人類乳腺癌和結(jié)腸癌細胞中調(diào)節(jié)DNA損傷反應(yīng)，和/或?qū)毎|(zhì)中損傷核苷酸的感知，PD-L1可以影響腫瘤的免疫原性。值得注意的是，有些PD-L1介導(dǎo)的癌細胞內(nèi)信號通路，特別是細胞內(nèi)PD-L1介導(dǎo)的信號，明顯不會受到抗PD-L1抗體的影響。這意味著，設(shè)計新的方法來靶向癌細胞內(nèi)的PD-L1信號可能輔助抗PD-L1抗體的作用。
綜述指出，癌細胞內(nèi)PD-L1介導(dǎo)的信號可以在三個領(lǐng)域被應(yīng)用于臨床開發(fā)：作為單藥療法或組合療法的靶點，作為治療應(yīng)答的生物標(biāo)志物，或作為預(yù)后生物標(biāo)志物。多個團隊已經(jīng)用實驗證明了清除腫瘤PD-L1的小分子作為抗癌療法的潛力。比如，名為verteporfin的小分子化合物能夠降低特定人類腫瘤細胞系、免疫和基質(zhì)細胞中的PD-L1，它可以在小鼠卵巢癌模型中改善PARP抑制劑的療效。天然產(chǎn)物姜黃素能夠促進PD-L1的泛素化，從而清除癌細胞中的PD-L1。它在小鼠三陰性乳腺癌模型中改善抗CTLA-4免疫療法的療效。一些小分子抑制劑也具有降低細胞PD-L1表達的效果，比如，EGFR抑制劑gefitinib能夠降低PD-L1的表達水平，在動物模型中改善抗PD-1免疫療法的功效。EGFR抑制劑erlotininb和osemertinib在人類小細胞肺癌細胞系中也有抑制腫瘤PD-L1表達的效果。綜述的作者通過挖掘藥物化合物庫發(fā)現(xiàn)了17款清除腫瘤PD-L1的候選療法，它們平均能將PD-L1水平降低超過2.6倍。這些化合物具有改善DNA損傷反應(yīng)抑制劑療效的功能。小分子之外，抗體、多肽和反義寡核苷酸都可以用于降低PD-L1的表達。值得一提的是，雖然PD-L1缺失的腫瘤可能對IFNα、IFNβ、IFNγ或損傷DNA的細胞毒性藥物更為敏感，也有不少研究報告癌細胞內(nèi)的PD-L1信號介導(dǎo)對化療的耐藥性，但是一個重要的例外是在攜帶BRAF V600E突變的結(jié)腸癌細胞中，PD-L1的表達反而提高了對化療的敏感性。這意味著清除細胞內(nèi)PD-L1可能對某些療法有益，但是增加對另一些療法的耐藥性。
▲調(diào)控細胞內(nèi)PD-L1的機制和潛在藥物靶點（圖片來源：參考資料[1]）
在細胞內(nèi)不同亞細胞區(qū)域PD-L1的功能有所不同，因此，清除特定亞細胞區(qū)域的PD-L1可能比全面清除PD-L1獲得更好的效果。比如，肺癌轉(zhuǎn)移瘤中細胞核內(nèi)的PD-L1水平比原位瘤更高，如果核內(nèi)PD-L1導(dǎo)致肺癌轉(zhuǎn)移瘤的免疫檢查點抑制劑耐藥性的話，清除核內(nèi)PD-L1的藥物可能提高免疫檢查點抑制劑的療效。在結(jié)腸癌細胞系中，一款靶向HDAC2的小分子抑制劑能夠降低腫瘤細胞核內(nèi)PD-L1的積累，實驗表明它能夠改善抗PD-1免疫療法的效果。
綜述作者指出，PD-L1產(chǎn)生的癌細胞內(nèi)信號可以影響生長、生存、轉(zhuǎn)移、代謝、分化、干細胞特征和療法耐藥通路。這些通路雖然錯綜復(fù)雜，但是也提供了潛在可操作的創(chuàng)新靶點。它們可能帶來更為有效的療法，或者改善已有療法的療效。目前，為晚期癌癥患者開發(fā)創(chuàng)新免疫療法和理性設(shè)計組合療法來改善患者預(yù)后受到人們的廣泛關(guān)注，作者預(yù)計靶向癌細胞內(nèi)PD-L1信號將在這一領(lǐng)域大有作為。
參考資料：
[1] Kornepati et al., (2022). Programmed death ligand 1 signals in cancer cells. Nature Reviews Cancer, https://doi.org/10.1038/s41568-021-00431-4
文章來源：藥明康德
