PD-1/PD-L1信號通路在肝移植免疫應(yīng)答中的作用

陸晶 徐軍明

我國是原發(fā)性肝癌（肝癌）大國，每年新發(fā)肝癌例數(shù)達(dá)50萬以上。肝癌是我國肝移植的主要適應(yīng)證之一，占成人肝移植原發(fā)病比例高達(dá)45.3%[1]，肝癌肝移植術(shù)后復(fù)發(fā)仍是影響我國成人肝移植受者長期生存率的主要因素，預(yù)防及治療肝癌肝移植術(shù)后復(fù)發(fā)是一項(xiàng)有待臨床研究的重大課題。

程序性細(xì)胞死亡蛋白 1（programmed cell death protein 1，PD-1）屬于CD28家族。PD-1是一種相對分子質(zhì)量為50～55 的Ⅰ型跨膜糖蛋白受體，包括N端胞外結(jié)合域、跨膜結(jié)合域和C端胞漿結(jié)合域3部分，胞漿結(jié)合域含2個信號傳導(dǎo)模體，包括1個免疫受體酪氨酸抑制基序和1個免疫受體酪氨酸交換基序。PD-1主要表達(dá)于活性T細(xì)胞、B細(xì)胞、骨髓細(xì)胞和自然殺傷細(xì)胞[2]。PD-1的配體包括程序性細(xì)胞死亡蛋 白 配 體 1（programmed cell death protein-ligand 1，PD-L1）（又稱為B7-H1或CD274）和程序性細(xì)胞死亡蛋白配體 2（programmed cell death protein-ligand 2，PD-L2）（又稱為B7-DC或CD273），PD-L1表達(dá)于靜息T細(xì)胞、B細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞、巨噬細(xì)胞，而PD-L2表達(dá)于樹突狀細(xì)胞和巨噬細(xì)胞[3]。 PD-L1通過與受體結(jié)合并激活增殖和生存信號通路，在癌細(xì)胞中扮演致瘤因子的角色[4]。

PD-1/PD-L1通路促進(jìn)調(diào)節(jié)性T細(xì)胞（regulatory T cell，Treg）的增殖并抑制效應(yīng)性T細(xì)胞相關(guān)免疫應(yīng)答。該通路不僅在腫瘤免疫中起重要作用，在器官移植免疫中同樣起重要作用。近年來，以PD-1/PD-L1抑制劑為代表的免疫檢查點(diǎn)抑制劑（immune checkpoint inhibitor，ICI）成為治療晚期肝癌病人的重要手段之一，但能否用于肝移植受者仍存在較大的爭議。本文就PD-1/PD-L1通路在肝移植免疫耐受中作用機(jī)制以及ICI在肝癌肝移植術(shù)后復(fù)發(fā)受者中的應(yīng)用做一綜述。

1 PD-1/PD-L1在移植肝組織的表達(dá)

在小鼠同種異體肝移植模型中，C57BL/6小鼠肝移植術(shù)后肝組織中PD-L1的信使核糖核酸（messenger ribonucleic acid，mRNA）水平明顯增加，于 6 h達(dá)高峰。在肝移植術(shù)前小鼠肝組織中，PD-L1在CD11c+樹突狀細(xì)胞和CD31+肝竇內(nèi)皮細(xì)胞上表達(dá)，但不在肝細(xì)胞上表達(dá)，肝移植術(shù)后PD-L1在上述3類細(xì)胞的表達(dá)水平均增加。用PD-L1敲除的小鼠供肝行肝移植會加重術(shù)后移植肝損傷，且浸潤移植肝的淋巴細(xì)胞數(shù)量明顯增多，尤其是CD8+T細(xì)胞，受體血液中CD8+T細(xì)胞比例升高且凋亡減少，炎癥因子如白細(xì)胞介素（interleukin，IL）-6、細(xì)胞間黏附分子（intercellular adhesion molecule，ICAM）-1等水平明顯上升[5]。這提示PD-1/PD-L1通路在小鼠肝移植免疫應(yīng)答中起到降低術(shù)后免疫反應(yīng)、保護(hù)肝臟免受免疫損傷的重要作用[5]。

在小鼠肝移植免疫耐受模型中，C57BL/6小鼠肝臟移植到C3H小鼠體內(nèi)，超過85%的小鼠存活時間超過100 d。敲除PD-L1基因的C57BL/6小鼠肝臟移植到C3H小鼠體內(nèi)，7 d內(nèi)即發(fā)生排斥反應(yīng)，移植肝內(nèi)出現(xiàn)大量浸潤性T細(xì)胞，且CD8+T細(xì)胞、CD4+T細(xì)胞凋亡水平較低。PD-1抑制劑處理組的同種異體肝移植受體小鼠在29 d內(nèi)發(fā)生排斥反應(yīng)，提示抑制PD-1/PD-L1通路會增強(qiáng)受體對供體的免疫應(yīng)答，導(dǎo)致排斥反應(yīng)。肝移植術(shù)后行PD-L1抑制劑處理的受體小鼠表現(xiàn)出高炎癥反應(yīng)，術(shù)后8 d后出現(xiàn)靜脈炎、膽管上皮內(nèi)淋巴細(xì)胞浸潤、肝臟充血和出血性損傷。與術(shù)后5 d相比，術(shù)后8 d移植肝組織內(nèi)CD8+T細(xì)胞浸潤增加，相關(guān)基因（如顆粒酶B、FasL、穿孔素）和炎癥因子（如骨橋蛋白、誘導(dǎo)型一氧化氮合酶）表達(dá)增加[6]。

臨床上，供肝再灌注后PD-L1的表達(dá)上調(diào)，尤其在門靜脈區(qū)域。PD-L1在肝移植術(shù)前供肝活組織檢查（活檢）組織中低表達(dá)或不表達(dá)，在早期和晚期的肝移植排斥反應(yīng)活檢組織中，膽管上皮細(xì)胞、浸潤性T細(xì)胞和肝竇血管內(nèi)皮細(xì)胞的PD-L1表達(dá)水平均明顯升高，但肝細(xì)胞的PD-L1表達(dá)水平?jīng)]有明顯變化[7]。與肝移植術(shù)后免疫耐受的受者相比，發(fā)生急性排斥反應(yīng)（acute rejection，AR）受者外周血中CD4+T細(xì)胞和CD8+T細(xì)胞數(shù)量明顯下降，大量CD4+T細(xì)胞和CD8+T細(xì)胞浸潤肝臟，同時CD8+T細(xì)胞和CD4+T細(xì)胞上的CD152和PD-1表達(dá)也減少。發(fā)生AR的受者其CD152和PD-1陽性CD8+T細(xì)胞上的顆粒酶B和穿孔素表達(dá)也明顯增加。對發(fā)生AR受者的移植肝進(jìn)行活檢，結(jié)果發(fā)現(xiàn)PD-L1在門靜脈和小葉區(qū)的表達(dá)增加，PD-L1分別表達(dá)于門靜脈區(qū)域膽管上皮細(xì)胞、浸潤T細(xì)胞和小葉區(qū)肝細(xì)胞、肝竇內(nèi)皮細(xì)胞。膽管上皮細(xì)胞、浸潤性T細(xì)胞和肝竇內(nèi)皮細(xì)胞的PD-L1存在于細(xì)胞表面和細(xì)胞質(zhì)內(nèi)，而肝細(xì)胞的PD-L1僅存在于細(xì)胞質(zhì)內(nèi)。目前臨床報道顯示，肝移植受者發(fā)生AR時，肝組織內(nèi)PD-1/PD-L1表達(dá)上調(diào)，可能是機(jī)體的一種負(fù)反饋保護(hù)機(jī)制[8]。

2 PD-1/PD-L1誘導(dǎo)移植免疫耐受的機(jī)制

研究表明，PD-1/PD-L1在誘導(dǎo)移植免疫耐受和促進(jìn)移植物存活中起到了重要的作用，其作用機(jī)制可能包括以下幾個方面。

2.1 抑制效應(yīng)性T細(xì)胞并誘導(dǎo)其凋亡

PD-1與PD-L1結(jié)合后，阻斷磷脂酰肌醇-3-激酶（phosphatidylinositol-3-kinase，PI3K）/蛋白激酶B（protein kinase B，Akt） /哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（ mammalian target of rapamycin， mTOR）和 Ras/絲裂原活化蛋白激酶/細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶（Ras/mitogen-activated protein kinase/extracellular regulated protein kinase，Ras/MAPK/ ERK）等通路的激活，導(dǎo)致初始T細(xì)胞功能失活，抑制效應(yīng)性T細(xì)胞的分化并降低其功能，阻斷PI3K激活會抑制IL-2產(chǎn)生，導(dǎo)致CD8+T細(xì)胞、CD4+T細(xì)胞失能[3,9-10]。PD-L1可與B7-1結(jié)合，阻斷CD28-B7共刺激通路，抑制T細(xì)胞的功能[11-12]。在干擾素（interferon，IFN）-γ刺激下，肝星狀細(xì)胞表達(dá)高水平的PD-L1，誘導(dǎo)活化T細(xì)胞凋亡[6]。PD-1/PD-L1通路可通過PI3K/Akt/mTOR通路、Ras/MAPK/ERK通路、半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶（cysteinyl aspartate specific proteinase，Caspase）-9和Caspase-3通路誘導(dǎo)CD4+T細(xì)胞、CD8+T細(xì)胞凋亡[10]。結(jié)合PD-1和B7-1的PD-L1激動劑能有效增強(qiáng)PD-1/PD-L1介導(dǎo)的T細(xì)胞活化，從而誘導(dǎo)其凋亡；但在PD-1缺失的情況下，PD-L1激動劑可增強(qiáng)T細(xì)胞的增殖能力和免疫功能[12]。

2.2 誘導(dǎo)Treg生成

PD-1/PD-L1可通過Notch通路誘導(dǎo)Treg產(chǎn)生。天冬酰胺內(nèi)肽酶（asparaginyl endopeptidase，AEP）可裂解Foxp3，通過PD-1/PD-L1通路下調(diào)AEP表達(dá)可維持Foxp3的穩(wěn)定，導(dǎo)致誘導(dǎo)型Treg（inducible Treg，iTreg）和 Foxp3+輔助性T 細(xì)胞 1（helper T cell 1，Th1）（Tbet+iTregPDL1）的形成。PD-1/PD-L1通路還可將Th1轉(zhuǎn)變?yōu)門reg，在轉(zhuǎn)化生長因子（transforming growth factor，TGF）-β存 在 時，PD-1/PD-L1通 路優(yōu)先將初始T細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)門reg尤其是iTreg[9,13-14]。PD-1抑制劑亦可通過PD-1/PD-L1通路阻斷Treg 生成并終止免疫耐受[15]。

2.3 其他可能原因

研究顯示，肝移植術(shù)后受體小鼠肝臟內(nèi)大量表達(dá)受體主要組織相容性復(fù)合體（major histocompatibility complex，MHC）Ⅰ的樹突狀細(xì)胞替代了表達(dá)供體MHC Ⅰ的樹突狀細(xì)胞，這些細(xì)胞高表達(dá)PD-L1。移植肝樹突狀細(xì)胞對初始T細(xì)胞刺激能力減弱，顯著抑制受體T細(xì)胞應(yīng)答，促進(jìn)CD8+T細(xì)胞衰竭或壞死，從而誘導(dǎo)移植免疫耐受。在小鼠肝移植排斥反應(yīng)模型中，排斥反應(yīng)組樹突狀細(xì)胞數(shù)量少于未發(fā)生排斥反應(yīng)組，且樹突狀細(xì)胞表面PD-L1表達(dá)顯著減少[16]。

3 PD-1/PD-L1抑制劑在肝癌肝移植中的臨床應(yīng)用

近年來，ICI為惡性腫瘤病人帶來新的希望，但對于器官移植受者，存在導(dǎo)致AR的風(fēng)險，限制了該類藥物在移植受者中的應(yīng)用。常見的ICI包括PD-1抑制劑帕博利珠單抗（pembrolizumab）和納武單抗（nivolumab），PD-L1抑制劑阿替利珠單抗（atezolizumab）和度伐單抗（durvalumab）等。

肝癌肝移植術(shù)后復(fù)發(fā)受者應(yīng)用ICI時，為了增強(qiáng)抗腫瘤效果，免疫抑制劑的用量通常會減少一半，這進(jìn)一步增加了排斥反應(yīng)發(fā)生風(fēng)險[17]。研究發(fā)現(xiàn)，接受ICI治療的移植受者中45%（13/29）發(fā)生了AR，其中11例肝移植受者中37%發(fā)生AR[18]。另一項(xiàng)研究中，10例肝移植受者接受PD-1抑制劑治療，30%（3/10）的受者發(fā)生AR[19]。肝移植術(shù)后使用ICI的不良反應(yīng)可表現(xiàn)為腹痛、高熱、黃疸、腹瀉以及各類肝酶異常。移植物丟失是使用ICI的受者非常嚴(yán)重的并發(fā)癥，在用藥過程中發(fā)生無法逆轉(zhuǎn)的暴發(fā)性肝衰竭，從而導(dǎo)致移植物失功[18-19]。

但也有研究報道，肝移植受者應(yīng)用PD-1抑制劑后取得較好療效，同時未發(fā)生AR。據(jù)Qiu等[19]報道，1例54歲的男性肝癌病人行肝移植手術(shù)，術(shù)后肝癌復(fù)發(fā)并轉(zhuǎn)移，采用卡瑞利珠單抗、西羅莫司（雷帕霉素）和索拉非尼治療后，循環(huán)腫瘤DNA（circulating tumor DNA，ctDNA）和甲胎蛋白（alpha-fetoprotein，AFP）水平顯著降低，肺部轉(zhuǎn)移灶和淋巴結(jié)直徑縮小；6年后CT顯示肝癌新轉(zhuǎn)移灶快速發(fā)展，原發(fā)腫塊增大，但并未出現(xiàn)AR，病人最終死于腫瘤進(jìn)展。Varkaris等[20]也報道了1例肝移植受者使用帕博利珠單抗治療復(fù)發(fā)性肝癌，受者肝功能無明顯變化，治療后未出現(xiàn)AR，最后于術(shù)后9年死于腫瘤進(jìn)展，作者認(rèn)為對于使用PD-1抑制劑的受者，糖皮質(zhì)激素和雷帕霉素合用可預(yù)防AR。在上述2項(xiàng)報道中，肝癌肝移植術(shù)后復(fù)發(fā)的受者均使用了PD-1抑制劑并獲得生存期的延長，并且未出現(xiàn)AR。

Nordness等[21]的研究報道，1例肝癌肝切除術(shù)后復(fù)發(fā)病人經(jīng)過近2年的納武單抗治療，AFP從2 500 μg/L降至5.5 μg/L，且影像學(xué)提示腫瘤顯著縮小，符合米蘭標(biāo)準(zhǔn)，隨后進(jìn)行了肝移植，但在術(shù)后6 d出現(xiàn)AR，并在術(shù)后10 d死亡。Tabrizian等[22]的研究報道了9例肝癌肝移植受者，術(shù)前均使用納武單抗治療，在平均16個月的隨訪中，8例受者未發(fā)生AR，1例受者由于使用低劑量他克莫司發(fā)生輕微AR，在增加藥物劑量后恢復(fù)，均未發(fā)現(xiàn)肝癌復(fù)發(fā)。崔春曉等[23]的研究也提示肝癌肝移植術(shù)前使用PD-1抑制劑的受者，術(shù)后排斥反應(yīng)的發(fā)生率未見明顯增加。肝癌病人是否可以使用PD-1抑制劑進(jìn)行抗腫瘤治療以獲得降期從而符合肝移植手術(shù)指征，以及肝移植術(shù)前使用過PD-1抑制劑的受者術(shù)后AR的發(fā)生率是否會增加，這些問題都需要進(jìn)一步的深入研究。

Munker等[24]報道在ICI治療開始后，3例發(fā)生AR受者的移植肝活檢組織PD-L1染色為陽性，而從未發(fā)生排斥反應(yīng)的4例受者均為陰性，提示移植肝PD-L1的表達(dá)水平或許與AR的發(fā)生有關(guān)，移植肝活檢檢測PD-1/PD-L1對ICI的使用具有指導(dǎo)價值，即是否使用PD-1/PD-L1抑制劑或細(xì)胞毒T淋巴細(xì)胞相關(guān)抗原（cytotoxic T lymphocyte-associated antigen，CTLA）-4抑制劑，以及是否聯(lián)合糖皮質(zhì)激素。

ICI聯(lián)合放射治療（放療）可以減少ICI的用量，從而可能降低藥物不良反應(yīng)。早期停用ICI的部分受者仍存在抗腫瘤反應(yīng)，提示低劑量藥物也許能在不引起排斥反應(yīng)的同時起到抗腫瘤作用。放療可觸發(fā)腫瘤衍生抗原的釋放，在輻射區(qū)域外也會引發(fā)抗腫瘤免疫反應(yīng)，被稱為閉關(guān)效應(yīng)，ICI治療可增強(qiáng)該效應(yīng)。這種類似疫苗的機(jī)制可以縮短ICI的使用時間，而獲得與長時間ICI治療的療效相同但排斥反應(yīng)發(fā)生率低的效果[25]。

此外，ICI與mTOR抑制劑、BARF/絲裂原活化 蛋 白 激 酶 激 酶（mitogen-activated protein kinase kinase，MEK）抑制劑和布魯頓氏酪氨酸蛋白激酶（Bruton's tyrosine kinase，BTK）抑制劑的聯(lián)合療法也在研究當(dāng)中。PD-1抑制劑治療時將他克莫司換為mTOR抑制劑如雷帕霉素，再聯(lián)合低劑量糖皮質(zhì)激素可降低排斥反應(yīng)發(fā)生風(fēng)險[25-27]。

對于應(yīng)用ICI治療后出現(xiàn)的AR，據(jù)早期研究報道70%～80%可通過大劑量糖皮質(zhì)激素緩解，但缺乏足夠證據(jù)。血漿置換可用于肝移植術(shù)后急性體液性排斥反應(yīng)，從循環(huán)中去除ICI，對于ICI治療引起的AR或許有潛在幫助?？偟膩碚f，針對應(yīng)用ICI治療后出現(xiàn)的AR，有效的治療方法尚待研究[18]。在AR預(yù)防方面，現(xiàn)有證據(jù)表明肝移植和ICI治療的間隔時間越長，AR的發(fā)生率越低，該間隔時間可通過合理使用ICI和免疫抑制劑而延長[28]。

4 小 結(jié)

PD-1/PD-L1通過多種機(jī)制參與肝移植免疫耐受。PD-1/PD-L1抑制劑已成為治療晚期肝癌的手段之一，但對于肝癌肝移植術(shù)后復(fù)發(fā)受者，PD-1/PD-L1抑制劑雖然可以延長受者的生存期，但存在誘發(fā)致命性AR的風(fēng)險。迄今，PD-1/PD-L1通路在肝移植免疫耐受中的具體作用機(jī)制仍有待研究，對于肝癌肝移植術(shù)后復(fù)發(fā)受者，如何提高ICI用藥的安全性仍有待進(jìn)一步研究。