23.4 PD-L1的表达在肿瘤微环境(TME)中有何意义？

PD-1/PD-L轴由程序性细胞死亡蛋白1(PD-1)及其配体(PDL1和PD-L2)组成，是维持外周耐受的重要生理机制之一。它是控制细胞毒性T细胞反应强弱的关键，与许多其他抑制性受体途径不同，其在几乎所有类型的炎症条件下都有作用。PD-1在活化的T细胞和B细胞上表达。PD-1表达的水平和时间窗口与细胞本身特性和持续刺激相关，T细胞的PD-1表达是由TCR依赖的激活信号诱导的。PD-L1和PD-L2通常由巨噬细胞亚群表达，但可在多种造血细胞和非造血细胞中被多种炎症细胞因子诱导。PD-1/PD-L1参与抑制T细胞的核心功能，包括细胞因子的产生、增殖和细胞毒性颗粒的形成。

肿瘤可能利用PD-1/PD-L1轴来逃避T细胞介导的攻击。在TME中，PD-L1可在黑色素瘤中表达四种不同组织学模式，包括：(1)PD-L1(+)/TIL+, (2) PD-L1(+)/TIL-, (3)PD-L1(−)和TIL+, (4)PD-L1(−)/TIL-，Fig. 23.3A。 自从最初的这一描述出现以来，这些模式已经在很多实体肿瘤类型中被应用，如非小细胞肺癌、肛门鳞状细胞癌(SCC)和乳腺癌。每一种模式都代表了不同的免疫微环境，Fig. 23.3。

Fig 23.3 PD-L1表达模式和TIL(肿瘤浸润性淋巴细胞)定义了不同的肿瘤微环境。在表现出PD-L1表达的适应性免疫抵抗模式的肿瘤中(左上)，激活的、在宿主-肿瘤界面表达PD-1的T细胞分泌干扰素-ɣ和其他炎性细胞因子，这反过来又诱导肿瘤细胞和相关免疫细胞表达PD-L1。PD-L1随后与T细胞结合，导致T细胞抑制，促进免疫耐受。对于表现出先天PD-L1表达模式的肿瘤(左下)，突变(例如，PTEN)导致肿瘤细胞的结构性PD-L1表达，这种表达独立于TIL。PD-L1(−)/TIL+肿瘤是那些免疫无效的肿瘤(右上)，导致这种表型的因素包括那些扰乱适应性免疫抵抗途径的因素，包括TIL的激活或功能缺陷，或者导致肿瘤细胞对干扰素-ɣ的功能障碍的突变。PD-L1(−)/TIL−肿瘤被免疫忽视(右下)。

PD-L1(+)/TIL-和 PD-L1(+)/TIL+两种模式被认为分别与肿瘤的先天性和适应性免疫抗性相关。先天免疫抵抗是指原癌基因驱动的PD-L1的结构性表达。组织学上，这表现为肿瘤细胞表面广泛表达PD-L1，它的表达位置与TIL的存在位置无关。与PD-L1表达增加相关的遗传异常包括PTEN缺失、PI3K-AKT突变和九号染色体扩增。

PD-L1表达的适应性免疫抵抗模式在组织学上的特征是PD-L1显示在紧邻TIL的肿瘤细胞或免疫细胞上。这种模式最常见于肿瘤的浸润性边缘(TIL通常密度最高)。在这种情况下，PD-L1的表达是由干扰素-γ和其他由激活的免疫细胞分泌的炎性细胞因子诱导的。需要注意的是，肿瘤细胞也可能表现出这两种机制的混合，即在结构性PD-L1表达的基础上叠加了适应性PD-L1的成分。

可能是PD-L1表达的不同生物学机制导致了文献中关于PD-L1表达对预后的影响的相互矛盾的报道。当研究PD-L1表达的适应性模式时，它在黑色素瘤、非小细胞肺癌、乳腺癌和喉癌等肿瘤类型中是一个积极预后特征。这与适应性PD-L1表达代表机体对肿瘤的持续免疫反应的观点是一致的。值得注意的是，非小细胞肺癌和黑色素瘤中PD-L1的结构性表达与较差的预后相关。这些发现强调了理解PD-L1表达的位置环境的必要性，而不是注意它是否简单地存在于TME中。

TIL-和TIL+的两种PD-L1(−)模式也代表了不同的潜在生物学特征。这导致PD-L1(−)/TIL+型微环境的机制更加异质化，现仍在研究中。可能的解释包括TIL的不同功能状态，即TIL不分泌干扰素-γ，以及肿瘤细胞内干扰素-γ受体级联的变化。也有可能肿瘤通过另一种机制逃避免疫系统，包括潜在的除PD-1/PD-L1以外的免疫检查点。另一方面，PD-L1(−)/TIL−患者的肿瘤基本上被免疫系统忽视了。

这些PD-L1表达模式中的每一种也可能具有治疗意义。例如，具有适应性免疫抗性模式（PD-L1+/TIL+）的患者被认为是对抗PD-1/PD-L1单一疗法最有可能的反应。患有免疫忽视肿瘤（PD-L1- /TIL-）或表现出纯粹的先天免疫抵抗模式（PD-L1+/TIL-）的个体可能需要接种疫苗或其他治疗，在PD-1/PD-L1检查点阻断之外促进抗肿瘤T细胞反应。表现为适应性和组成型相结合的肿瘤对抗PD-1/PD-L1的敏感性仍不清楚，但很可能与特定TIL亚群的密度和分布有关。最后，PD-L1 – /TIL+肿瘤的方法将取决于肿瘤和TIL的其他特征。例如，携带JAK1或JAK2突变的肿瘤可干扰肿瘤细胞响应IFN-γ而上调PD-L1的能力，从而可以对PD-1阻断产生抗性。肿瘤通过其他的检查点分子或细胞毒性T细胞以外的TIL亚群躲避免疫系统，也可能显示出类似的模式。因此，这些肿瘤可能需要阻断另一个检查点，联合免疫疗法，或者对于真正的IFN-γ耐药的肿瘤，需要免疫疗法以外的另一种形式的治疗。

23.5 其他潜在生物标志物

肿瘤细胞的特征之一是基因组不稳定。事实上，一个肿瘤细胞平均表现出大约120个非同义突变，这个数字可以增加到大约2000个。较高的突变负荷与某些癌症的预后改善有关。这被认为是因为这些突变可产生免疫原性新抗原。当确定了一系列癌症类型的突变情况后，许多突变负荷最高的癌症(黑色素瘤、非小细胞肺癌和膀胱癌)在早期临床试验中对PD-1/PD-L1阻断治疗有效，这进一步支持了这一概念。

突变负荷和对免疫检查点阻断的反应之间的关系现在已经在一些临床试验中得到了正式的验证。在接受抗PD-1治疗的非小细胞肺癌患者中，肿瘤非同义突变的数量增加与更高的ORR和最长的PFS相关。黑色素瘤患者对抗CTLA-4治疗的反应和尿路上皮癌患者对抗PD-L1治疗的反应也有相似的发现。也许最引人注目的例子是微卫星不稳定的肿瘤(DNA修复机制有缺陷)，它们表现出比其他病因的肿瘤更高的突变负担和相应的抗PD-1治疗的ORR。虽然这些患者预后都有改善，目前尚不清楚治疗后的生存率提高在多大程度上归因于突变负荷的增加。

虽然突变负荷通常与预测的新抗原相关，但特定的新抗原可能并不总是具有免疫原性。目前，人们对识别作为单个宿主、抗肿瘤T细胞反应性靶点的特定新抗原有着浓厚的兴趣。对这些新抗原的识别将有助于开发真正的个性化医学方法。

通过对特定肿瘤类型的全转录数据分析（如癌症基因组图谱项目），对癌症类型亚家族(或分子亚组)已经有了相关描述。到目前为止，肿瘤分子亚型和对检查点阻断的反应之间的相关性仅在尿路上皮癌中进行了评估。两项独立的研究已经描述了患有尿路上皮癌“管腔II型”亚型的患者对治疗反应的机会更高。这种研究开启了一个新兴的领域，将来可能会扩展到其他癌症类型。

大量证据支持肿瘤免疫浸润物的组成和分布对患者的临床预后有重要影响。贝赫特等人最近的一项研究分析了130多篇论文中的数据，表明CD8⁺和Th1导向的TIL密度增加与20多种不同癌症类型的良好临床结果之间呈正相关关系。在接受派姆单抗治疗的黑色素瘤和结直肠癌患者以及在进展期先接受抗CTLA -4治疗后接受纳武治疗的黑色素瘤患者中，CD8⁺ TIL密度与抗PD -1反应之间也有类似的相关性。

有趣的是，两项独立研究报告了转移性肾癌中CD8⁺ TIL的浸润程度与抗PD-1的反应无关。这可能与这样一个事实有关：与大多数癌症类型不同，肾细胞癌中细胞毒性CD8⁺ TIL的增加与生存率降低有关。这可能是由于TIL上几种抑制性受体的共同表达和肿瘤内T细胞的多克隆反应。

一些测试抗PD-1/PD-L1试剂的研究已经评估了在不同类型的癌症中，大量免疫和非免疫相关转录物的丰度与临床结果之间的相关性。与以前的证据一致，在几项研究中，干扰素-γ信号相关基因(如IFNG、CD8A、IDO和CX3CL1)的上调与治疗反应有关。其他与临床结果相关的免疫特征包括与TCR信号和细胞毒性免疫反应相关的基因。由于干扰素-γ可以诱导PD-L1转录，因此有理由认为表现出干扰素-γ基因特征的肿瘤可能与表达PD-L1蛋白的肿瘤重叠，即这两种方法可以大致识别同一组肿瘤。免疫相关基因特征的验证目前正在紧张的研究中，基于这种方法估计患者对抗PD-1/PD-L1药物敏感性的商业试剂有望在不久的将来问世。

与抵抗PD-1阻断相关的基因特征也已有报道。例如，与对抗PD-1敏感的黑色素瘤相比，抵抗派姆单抗的黑色素瘤过度表达了参与间质转化（如AXL和ROR2）、免疫抑制（如IL10和VEGFA）以及单核细胞和巨噬细胞螯合作用（如CCL2和CCL13）的基因。非免疫相关途径也可能有助于检查点阻断的有效性。例如，对抗PD-1治疗有抵抗力的PD-L1(+)肾细胞癌过度表达参与代谢和溶质运输功能的基因，如UGT1A。 

免疫检查点抑制剂的作用机制很可能与增强针对肿瘤细胞上表达的新抗原的原位细胞毒免疫反应有关。事实上，许多临床试验表明，这些药物的治疗促进了CD8⁺TIL流入肿瘤，并伴随着T细胞谱系的瘤内和外周变化。因此，T细胞克隆性指数(衡量独特的TCR CDR3可变序列的数量和丰度)被认为是对检查点抑制剂反应的一个潜在的生物标志物。对于接受抗CTLA-4治疗的黑色素瘤患者，治疗前肿瘤标本或治疗开始后外周血中的低克隆反应，即T细胞谱系多样性较低，与反应相关。与无反应者相比，对抗PD-1有反应的黑色素瘤患者也表现出更多的克隆性T细胞群。

如上所述，干扰素-γ驱动的PD-L1在局部肿瘤微环境中的表达已被证明与抗PD-1的反应有关。干扰素-γ反应元件，如外周血T细胞上的BIM表达，也被观察到在经历抗PD-1临床益处的患者中高水平表达。最近，一篇评价阿特丽珠单抗在转移性RCC和晚期黑色素瘤中的活性的文章描述了血清中一些细胞因子和急性期蛋白的浓度可能与治疗反应有关 。另一个可以在患者血清中评估的参数是循环肿瘤DNA（ctDNA）水平。一项研究表明，ctDNA水平与接受检查点阻断治疗的患者的临床和放射结果相关，但其作为临床反应的生物标志物的有效性尚未得到正式测试。由于外周采血的微创性质，以及基于血液的检测在常规临床实践中相对容易实现的可能性，这一领域受到特别密切的关注。

23.6 结论和未来方向

大多数研究表明，免疫检查点阻断治疗干预后，对肿瘤的原位免疫应答增加与临床结果之间存在强烈的相关性。局部PD-L1蛋白表达、高突变负荷、TIL浸润增加、以干扰素-γ为导向的基因信号过度表达是最具实验支持的生物标志物。大多数评估这些参数的研究需要在更多的癌症类型中进一步验证和扩展测试。虽然到目前为止，大多数的焦点都集中在细胞毒性T细胞上，但其他免疫细胞群，如B细胞和巨噬细胞，也可以促进肿瘤细胞的消除。此外，调节性T细胞和髓系来源的抑制细胞等群体可以抑制抗肿瘤免疫反应，促进恶性细胞生长和组织侵袭。多重免疫荧光或免疫组织化学等新技术将允许同时识别、计数和评估众多细胞种群之间的位置关系，Fig. 23.4。未来的研究将集中在将这种空间蛋白表达与基因组和转录标记整合方面，以改进患者选择、治疗监测和治疗药物给药的适应性调整。

Fig 23.4 福尔马林固定石蜡包埋的黑色素瘤标本用多光谱免疫荧光染色并成像。该方法有助于同时观察不同的细胞亚群和在同一载玻片上共表达的研究。图示为细胞毒性CD8+T细胞(蓝色)、FoxP3+调节性T细胞(红色)、CD68+巨噬细胞(洋红色)和Sox10+黑色素瘤细胞(橙色)。PD-L1(AquA)在肿瘤细胞、巨噬细胞和淋巴细胞上的表达与CD8+和FoxP3+T细胞的PD-1表达非常接近。

本文由Oncolab微信公众号翻译整理自Oncoimmunology: A Practical Guide for Cancer Immunotherapy，仅用于学习交流使用，如需购买原版书籍可点击阅读原文购买。