免疫检查点分子与肿瘤免疫治疗——解读2018年诺贝尔生理学或医学奖*

张玉莹 林怡婷 姚依凡 王雪珩 王月丹

（北京大学基础医学院免疫学系 北京 100191）

北京时间2018年10 月1 日17 时30 分，瑞典卡罗林斯卡大学宣布来自美国的James P.Allison（艾利森）教授与来自日本的Tasuku Honjo（本庶佑）教授，因为在“癌症免疫治疗”领域的杰出贡献，而获得了2018年诺贝尔生理学或医学奖［1］。

其中，Allison 教授在研究了细胞毒T 淋巴细胞相关抗原4（CTLA-4，也被称为CD152）的功能基础上，率先推出了以CTLA-4 为靶点的肿瘤治疗抗体药物——Yervoy（伊匹单抗，ipilimumab），为T 细胞应答调节的基础研究和肿瘤的免疫治疗，开创了新的道路。 另一位获奖者Honjo 教授，于1992年首先克隆并发现了程序性细胞死亡蛋白-1（PD-1，也被称为CD279），其后在著名华裔免疫学家陈列平教授有关PD-1 配体——PD-L1 分子及其功能研究［2］的启发下，Honjo 与他人共同揭示了PD-1/PD-L1 途径在机体免疫应答调节过程中的反向和刹车制动作用，开创了以PD-1/PD-L1为靶点的肿瘤免疫治疗方法。授予他们2018年诺贝尔生理学或医学奖，主要也是为了奖励他们在CTLA-4 和PD-1 分子相关领域研究与应用中作出的杰出贡献。

从免疫学概念的角度讲，CTLA-4 和PD-1 分子都属于免疫检查点分子。 因此，准确地说，2018年诺贝尔奖的获奖成果应该被称为“基于免疫检查点分子的肿瘤免疫治疗”。什么是免疫检查点分子？

T 细胞是机体的主要免疫应答细胞，其表面具有识别抗原信号的T 细胞受体（TCR）和接受调控T 细胞活化所需的共刺激信号分子。 在通常情况下，T 细胞表面的共刺激信号分子，可分为两大类。 其中，较早被发现的一类共刺激信号分子（例如CD28 分子和4-1BB 分子等），一般在T 细胞的表面为组成性的表达，主要为T 细胞识别抗原信号后的活化，提供必需的第二信号。如果没有这个第二信号，即使获得了抗原信号，T 细胞也无法活化、 增殖和分化为效应T 细胞，介导免疫应答，甚至还可能发生凋亡，导致对相应抗原信号的免疫耐受。而另一类共刺激分子（例如CTLA-4 和PD-1）的功能，则相对被发现的较晚，其只在活化后的T 细胞表面表达，一旦被相应的配体分子结合并激活以后，就会向T 细胞发出活化抑制信号，阻断活化T 细胞的增殖、 分化及发挥免疫效应的功能，对T 细胞的免疫应答过程，发挥类似于刹车和制动器的作用，避免过度的免疫应答效应过程损伤自身正常的组织细胞，从而引发自身免疫性疾病的风险。 因此，这类发挥负向免疫调控作用的共刺激分子，也被称为免疫“检查点（checkpoint）分子”。

CTLA-4 和PD-1 是2 种最有代表性的免疫检查点分子。其中,早在1978年即已被发现的CTLA-4分子（图1），主要表达在活化的CD4+和CD8+T 细胞表面，与CD28 分子同源，均属于免疫球蛋白超家族成员分子，能与CD28 分子竞争结合B7 分子［3］。 与CD28 分子不同，CTLA-4 分子的细胞质区具有免疫受体酪氨酸抑制基序（ITIM）。 当CTLA-4与相应配体结合后，其ITIM 中的酪氨酸残基磷酸化，继而募集和结合蛋白质酪氨酸磷酸酶（主要是SHP-1 和SHIP），并对T 细胞活化过程中的多个重要信号转导分子进行去磷酸化，使活化的T 细胞分泌IL-2 能力下降和发生细胞周期停滞，从而抑制T 细胞的活化、增殖和效应。此外，机体的调节性T 细胞（Treg 细胞）还能持续性地表达CTLA-4分子［4］，通过下调抗原提呈细胞（APC）表达B7 分子水平的方式，进一步抑制机体T 细胞活化的CD28 信号通路，在T 细胞活化的起始阶段即可有效发挥负向调节的作用。

图1 CTLA-4 分子结构的模式图（二聚体）

PD-1 分子（图2），是在1992年被日本科学家Honjo 首先发现的，主要表达在活化T 细胞、B细胞、树突状细胞等细胞的表面，也与CD28 分子同源，属于免疫球蛋白超家族的成员。 与CTLA-4不同，PD-1 的配体分子主要为PD-L1 和PD-L2 共2 种。 PD-1 分子的细胞质区除了也具有ITIM 区以外，还具有免疫受体酪氨酸转换基序（immunoreceptor tyrosine-based switch motif，ITSM）结构。当PD-1 与相应配体结合以后，可以通过ITIM 和ITSM 结构的共同作用，使T 细胞分泌IFN-γ 及TNF-α 等细胞因子的能力下降，细胞周期停滞，从而抑制T 细胞介导的免疫应答及其效应的过程。 且当TCR 和PD-1 同时被激活时，PD-1 分子的活化可以阻断TCR 分子活化介导的磷酸化，从而阻碍T 细胞的活化［5］。 一般认为，PD-1 分子的调节与抑制作用主要在T 细胞应答的效应阶段。此外，PD-L1 分子还能通过PD-1/PD-L1 途径，促进初始CD4+T 细胞分化为Treg 细胞，进一步调节和抑制T 细胞介导的免疫应答与效应过程，从而参与对自身抗原免疫耐受状态的建立与维持。

图2 PD-1 分子的结构模式图

机体的免疫系统就是通过上述T 细胞活化的双信号模式和免疫检查点分子功能调节的方式，对T 细胞及其介导的免疫应答过程，进行精密调控的，在发挥有效防御和监视功能的同时，又能保障机体组织细胞的安全不受攻击，维持机体内部生理环境保持稳定［6］。

然而，很多的恶性肿瘤细胞也像正常组织细胞一样，可以通过启动活化T 细胞表面的检查点分子功能，继而抑制和阻断进入肿瘤组织中的效应T 细胞效应功能，从而逃避机体免疫系统的监视和清除作用。例如，在肿瘤及慢性感染患者的体内，T 细胞可处于过度激活状态，反馈性地上调其细胞表面表达的CTLA-4 和PD-1 等免疫检查点分子的水平，容易发生免疫应答和效应的负向调控和抑制。 在体内，PD-1 的配体分布非常广泛，特别是PD-L1 分子不仅在正常人体淋巴组织中的白细胞和组织细胞表面表达，而且还可以在炎症因子或者肿瘤细胞的作用下，被诱导表达于肿瘤组织的基质细胞表面，甚至肿瘤细胞的表面，从而导致肿瘤组织微环境中的T 细胞活化受阻和功能障碍，使肿瘤细胞规避了机体免疫系统的监视和清除，导致肿瘤的发生和不断的进展（图3）。

图3 肿瘤组织微环境中T 细胞表面免疫检查点分子作用的模式图

通过体外实验、 动物实验和人体临床试验研究发现，CTLA-4 和PD-1/PD-L1 的阻断剂能逆转肿瘤微环境及其成分对效应T 细胞的抑制作用，缓解肿瘤细胞的生长及进展，延长患者的生存时间和改善患者的生存质量。

2011年，美国食品药品管理局（FDA）批准了Allison 主导研制的针对CTLA-4 分子的肿瘤治疗单克隆抗体药物——伊匹单抗（商品名Yervoy）用于治疗黑色素瘤，开创了靶向免疫检查点，进行肿瘤免疫治疗的先河［7］。 在应用过程中，Yervoy 取得了令人瞩目的治疗效果，是第1 种被临床证实可以延长晚期黑色素瘤患者总生存期的药物。 2014年的4 月和12 月，美国FDA 分别批准了2 个全人源化的IgG4 型抗PD-1 单克隆抗体药物——Pembrolizumab［8］和Nivolumab［9］，用于黑色素瘤、非小细胞性肺癌和经典霍奇金淋巴瘤等恶性肿瘤的治疗。 在难治性肺癌的治疗研究中，抗PD-1 单克隆抗体药物取得了比化疗更好的疗效，并成为了PD-L1 高表达的转移性非小细胞肺癌的一线治疗药物，为非小细胞肺癌的治疗开辟了一片新的天地。同时，基于免疫检查点的肿瘤免疫治疗在泌尿生殖系统肿瘤、 结直肠癌和淋巴瘤等多种恶性肿瘤的治疗中也取得了突破性的进展，其适应的肿瘤治疗谱也在不断扩展（表1）。

如同其他抗肿瘤治疗方法一样，基于免疫检查点分子的肿瘤免疫治疗也同样面临治疗效果较低和存在毒副作用等方面的不足与挑战，但是，随着现代生物医学技术研究与应用的不断深入与发展，通过个体化与精准治疗、调节给药剂量和联合用药等方式，将可能不断地提升该疗法的治疗效果和改善不良反应的发生，最终为攻克癌症，维护人类的健康和生命安全，提供一个新的有效治疗手段。