PD-L1少为人知的另一面,它对癌细胞的这些直接影响你都知道吗?

2022-01-26 09:34:59 药明康德
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▎药明康德内容团队编辑

癌细胞表面表达的PD-L1蛋白通过与免疫细胞表面表达的PD-1受体相结合,抑制抗癌免疫反应的作用机制帮助开发了革命性的创新免疫疗法。然而这并不是PD-L1的唯一作用,近年的研究发现,PD-L1对表达它的癌细胞的生长和生存、干细胞特性、DNA损伤应答和基因调控等多个方面都能产生影响。很多效果与PD-1无关。

这些发现表明,PD-L1介导的细胞外信号通路虽然带来有效抗癌疗法,但并没有完整反映了PD-L1作用的全貌。近日,Nature Reviews Cancer上发表的一篇综述对PD-L1介导的癌细胞内信号通路进行了盘点。今日,药明康德内容团队将与读者分享其中的部分精彩内容,点击文末“阅读全文/Read more”,即可访问综述网址。

PD-L1结构和介导癌细胞内信号传导的方式

PD-L1蛋白包含5个主要蛋白域。我们通常提到的PD-L1蛋白指的是人类的全长PD-L1蛋白,它不但在表达在细胞表面的时候能够介导癌细胞内的信号传导,而且在细胞内也可以调节一系列信号通路。PD-L1至少有6种亚型,这些亚型因为结构不同,在信号传导的能力上也有显著的区别。有些亚型可能具有重要的功能和预后影响,比如在复发型非小细胞肺癌患者中发现一种分泌的PD-L1亚型可以通过与抗PD-L1抗体结合,介导对免疫检查点抑制剂的耐药性。

▲PD-L1的蛋白结构域和亚型(图片来源:参考资料[1])

细胞表面的PD-L1介导的信号

位于细胞表面的全长PD-L1通过与PD-1结合,能够通过细胞内的C端蛋白域介导不同的信号通路。比如,黑色素瘤中,癌细胞表面表达的PD-1通过与PD-L1结合,能够激活mTORC1,并导致细胞增殖和动物模型中肿瘤的生长。与之相反,在非小细胞肺癌细胞和动物模型中,PD-1和PD-L1结合引发的PD-L1介导信号会抑制MAPK-ERK信号传导,抑制肿瘤生长。科学家们仍然需要更多的研究来解释不同癌症种类中PD-L1介导信号的不同作用。这可能与特定遗传背景、肿瘤生物学、或细胞特异性转译后PD-L1或PD-1的修饰相关。

细胞内存在的PD-L1介导的信号

细胞内的全长PD-L1蛋白虽然与表达在细胞表面的PD-L1蛋白序列相同,但是它的N端结构域很可能没有完成折叠,因此让细胞内PD-L1与不同的蛋白和其它生物分子相结合。

值得关注的是,细胞质中的PD-L1能够与mRNA结合并稳定mRNA,导致特定DNA损伤修复蛋白表达水平的上升。在特定三阴性乳腺癌细胞系中,细胞核周或核内的PD-L1可以与DNA依赖性蛋白激酶结合,激活MAPK或ERKs,促进细胞生存信号传导。这两种作用机制能够在不依赖PD-1或CD80这两种可以与PD-L1结合的蛋白的情况下,促进对某些细胞毒性化疗的耐药性。

细胞核内的PD-L1还可以直接与DNA相结合,综述作者预测,细胞核内的PD-L1可能参与DNA损伤修复通路,从而调控DNA损伤修复和对化疗的耐药性,不过潜在作用机制仍然需要实验澄清。

▲PD-L1影响多种癌细胞内的信号通路(图片来源:参考资料[1])

癌细胞内PD-L1介导信号的免疫学后果

PD-L1通过与PD-1结合对免疫细胞的影响是抗癌免疫疗法的基石,这一作用机制已经广为人知。与之相比,癌细胞内PD-L1介导的信号通路对抗癌免疫反应的影响却很少受到关注。PD-L1可以通过抑制STAT3的激活,在小鼠黑色素瘤细胞中抑制对IFNα和IFNβ和IFNγ的敏感性,也可以在小鼠三阴性乳腺癌体外和体内模型中促进细胞焦亡,从而增强肿瘤的免疫原性细胞死亡。有趣的是,细胞核内的PD-L1可以在不同三阴性乳腺癌细胞系中促进I型主要组织相容复合体(MHC)的表达,理论上这可以改善抗原特异性免疫识别或抑制自然杀伤细胞。

通过在人类乳腺癌和结肠癌细胞中调节DNA损伤反应,和/或对细胞质中损伤核苷酸的感知,PD-L1可以影响肿瘤的免疫原性。

值得注意的是,有些PD-L1介导的癌细胞内信号通路,特别是细胞内PD-L1介导的信号,明显不会受到抗PD-L1抗体的影响。这意味着,设计新的方法来靶向癌细胞内的PD-L1信号可能辅助抗PD-L1抗体的作用。

潜在疗法开发策略

综述指出,癌细胞内PD-L1介导的信号可以在三个领域被应用于临床开发:作为单药疗法或组合疗法的靶点,作为治疗应答的生物标志物,或作为预后生物标志物。

全面降低细胞PD-L1蛋白表达的策略

多个团队已经用实验证明了清除肿瘤PD-L1的小分子作为抗癌疗法的潜力。比如,名为verteporfin的小分子化合物能够降低特定人类肿瘤细胞系、免疫和基质细胞中的PD-L1,它可以在小鼠卵巢癌模型中改善PARP抑制剂的疗效。天然产物姜黄素能够促进PD-L1的泛素化,从而清除癌细胞中的PD-L1。它在小鼠三阴性乳腺癌模型中改善抗CTLA-4免疫疗法的疗效。

一些小分子抑制剂也具有降低细胞PD-L1表达的效果,比如,EGFR抑制剂gefitinib能够降低PD-L1的表达水平,在动物模型中改善抗PD-1免疫疗法的功效。EGFR抑制剂erlotininb和osemertinib在人类小细胞肺癌细胞系中也有抑制肿瘤PD-L1表达的效果。

综述的作者通过挖掘药物化合物库发现了17款清除肿瘤PD-L1的候选疗法,它们平均能将PD-L1水平降低超过2.6倍。这些化合物具有改善DNA损伤反应抑制剂疗效的功能。小分子之外,抗体、多肽和反义寡核苷酸都可以用于降低PD-L1的表达。

值得一提的是,虽然PD-L1缺失的肿瘤可能对IFNα、IFNβ、IFNγ或损伤DNA的细胞毒性药物更为敏感,也有不少研究报告癌细胞内的PD-L1信号介导对化疗的耐药性,但是一个重要的例外是在携带BRAF V600E突变的结肠癌细胞中,PD-L1的表达反而提高了对化疗的敏感性。这意味着清除细胞内PD-L1可能对某些疗法有益,但是增加对另一些疗法的耐药性。


▲调控细胞内PD-L1的机制和潜在药物靶点(图片来源:参考资料[1])

改变PD-L1在特定亚细胞位置的水平

在细胞内不同亚细胞区域PD-L1的功能有所不同,因此,清除特定亚细胞区域的PD-L1可能比全面清除PD-L1获得更好的效果。

比如,肺癌转移瘤中细胞核内的PD-L1水平比原位瘤更高,如果核内PD-L1导致肺癌转移瘤的免疫检查点抑制剂耐药性的话,清除核内PD-L1的药物可能提高免疫检查点抑制剂的疗效。在结肠癌细胞系中,一款靶向HDAC2的小分子抑制剂能够降低肿瘤细胞核内PD-L1的积累,实验表明它能够改善抗PD-1免疫疗法的效果。

展望未来

综述作者指出,PD-L1产生的癌细胞内信号可以影响生长、生存、转移、代谢、分化、干细胞特征和疗法耐药通路。这些通路虽然错综复杂,但是也提供了潜在可操作的创新靶点。它们可能带来更为有效的疗法,或者改善已有疗法的疗效。目前,为晚期癌症患者开发创新免疫疗法和理性设计组合疗法来改善患者预后受到人们的广泛关注,作者预计靶向癌细胞内PD-L1信号将在这一领域大有作为。

参考资料:

[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

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