謝同濟 王守正 邢鐠元

程序性死亡受體1（programmed cell death protein 1,PD-1）/程序性死亡配體1（programmed cell death ligand 1,PD-L1）抑制劑是針對PD-1分子或是PD-L1分子的單克隆抗體，它們通過特異性地結合于各自的靶分子以阻斷PD-1/PD-L1信號通路，從而達到解除腫瘤細胞對免疫細胞的負調節(jié)作用[1]。

目前針對PD-1分子的抗體大多屬于免疫球蛋白G（immunoglobulin G, IgG）4亞類，例如Nivolumab、Pembrolizumab、Tislelizumab、Sintilimab、JS001、Camrelizumab等。在結構上，這些IgG4亞類的單克隆抗體除了具有各自的結構特點外，大多采用了將野生型IgG4亞類抗體的第228位絲氨酸替換為脯氨酸的改造[2,3]，這一改造避免了IgG4亞類分子的“半分子交換”現(xiàn)象發(fā)生[4,5]?！鞍敕肿咏粨Q”現(xiàn)象是指兩個單特異性IgG4分子互相交換自身的一條重鏈以及與這條重鏈相連的輕鏈，從而產生新的IgG4分子的過程，而這種新的IgG4分子可能因此獲得雙特異性[4,5]。這一現(xiàn)象與IgG4分子鉸鏈區(qū)一個模體的氨基酸序列為C-P-S-C（半胱氨酸-脯氨酸-絲氨酸-半胱氨酸）有關，它賦予了IgG4分子更多的靈活性；在IgG1分子中，這一同源模體的序列為C-P-P-C（半胱氨酸-脯氨酸-脯氨酸-半胱氨酸），其脯氨酸限制了IgG1分子形成鏈內二硫鍵的能力，因此IgG1分子不存在“半分子交換”現(xiàn)象[4]。由于體內本身存在與抗腫瘤無關的IgG4分子（例如抗感染的IgG4分子），故檢查點抑制劑與之發(fā)生“半分子交換”后會降低藥物的親和力[3]，而通過修改“C-P-S-C”為“C-P-P-C”可以避免交換的發(fā)生[2,3]。

針對PD-L1分子的抗體大多屬于IgG1亞類，例如Atezolizumab、Avelumab、Durvalumab等。在結構上，上述三種IgG1亞類的單克隆抗體除了具有各自的結構特點外，根據(jù)其可結晶片段（fragment crystallizable, Fc）是否保留IgG1亞類所具有的強抗體依賴的細胞介導的細胞毒性作用（antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity, ADCC），可以進一步分為保留ADCC功能的Avelumab[6]與Durvalumab和去除ADCC功能的Atezolizumab[7]。

因此按照分子結構差異可以將上述目前臨床上常用的5種藥物大致分為3類：IgG4亞類單克隆抗體（Nivolumab, Pembrolizumab）、去除ADCC功能的IgG1亞類單克隆抗體（Atezolizumab）和保留ADCC功能的IgG1亞類單克隆抗體（Avelumab, Durvalumab）。本文將按照上述分類對這5種藥物的分子結構特征進行描述，并匯總當前關于這5種藥物不良反應發(fā)生情況的meta分析和回顧性研究結果，為藥物設計及臨床用藥安全提供參考信息。

1 藥物分子結構特征

在進行藥物結構特征描述前，首先對藥物作用的靶分子（PD-1/PD-L1分子）胞外段的主要結構進行闡述。PD-1分子胞外段的主要結構為從N末端至C末端依次排列的“A”、“B”、“C”、“C’”、“D”、“E”、“F”、“G”八個β折疊、連接它們的氨基酸所構成的各種“環(huán)”結構（如BC環(huán)、C’D環(huán)、FG環(huán)等）以及從N末端至“A”的結構（稱為N環(huán)）[8,9]；PD-L1分子胞外段的主要結構為從N末端至C末端依次排列的“A”、“B”、“C”、“C’”、“C''”、“D”、“E”、“F”、“G”九個β折疊、連接它們的氨基酸所構成的各種“環(huán)”結構（如BC環(huán)、CC’環(huán)、C’C’’環(huán)、FG環(huán)等）以及從N末端至“A”的結構（稱為N末端區(qū)域）[10,11]。

1.1 IgG4亞類單克隆抗體

1.1.1 Nivolumab Nivolumab（納武利尤單抗、納武單抗）是Bristol-Myers Squibb公司研發(fā)的一種全人源抗PD-1分子的IgG4亞類單克隆抗體，于2014年12月22日被美國食品藥品監(jiān)督管理局（Food and Drug Administration, FDA）批準用于不可切除或轉移性黑色素瘤的治療，后又陸續(xù)獲美國FDA批準用于腎細胞癌、非小細胞肺癌等的治療。雖然單克隆抗體類藥物的結構復雜，但仍可通過其與相應抗原即PD-1/PD-L1分子結合位點的不同來反映其抗原結合片段（fragment of antigen binding, Fab）段的結構差異。Tan等[8]的研究顯示，Nivolumab的1個Fab段與PD-1分子胞外段之間共形成16個氫鍵，其中PD-1的“N環(huán)”結構貢獻了10個氫鍵，是Nivolumab的主要結合位點，“FG環(huán)”結構提供了5個氫鍵形成位點，而“BC環(huán)”結構僅提供了1個氫鍵形成位點。該研究還進一步揭示了Nivolumab通過與“FG環(huán)”結構的結合以發(fā)揮干擾PD-1與PD-L1結合的作用，而Nivolumab與“N環(huán)”結構結合則為其發(fā)揮阻斷功能提供了牢固的“停靠點”。

1.1.2 Pembrolizumab Pembrolizumab（帕博利珠單抗、派姆單抗）是Merck公司研發(fā)的一種人源化抗PD-1分子的IgG4亞類單克隆抗體，于2014年9月4日被美國FDA批準用于不可切除或轉移性黑色素瘤的治療，后又陸續(xù)獲美國FDA批準用于非小細胞肺癌、頭頸部鱗狀細胞癌等的治療。根據(jù)Na等[9]的研究，Pembrolizumab的Fab段與PD-1分子相互作用的接觸面可以被分為兩個部分，即兩個亞界面。亞界面I由PD-1分子的“C’D環(huán)”結構和Pembrolizumab互補決定區(qū)的L1、L2、H2以及骨架區(qū)的4個β折疊構成。PD-1分子的“C’D環(huán)”結構是Pembrolizumab結合的主要部位；亞界面II由PD-1分子的“C”、“C’”、“F”的部分結構和Pembrolizumab互補決定區(qū)的L1、H3構成。PD-1分子的“C”、“C’”、“F”的部分結構是Pembrolizumab與PD-L1分子競爭結合的部位，即介導Pembrolizumab發(fā)揮阻斷功能的部分。

1.2 去除ADCC功能的IgG1亞類單克隆抗體 Atezolizumab（阿替利珠單抗、阿特珠單抗）是Roche公司研發(fā)的一種全人源抗PD-L1分子的IgG1亞類單克隆抗體，于2016年5月18日被美國FDA批準用于尿路上皮癌的治療，后又獲FDA批準用于非小細胞肺癌、乳腺癌等的治療。根據(jù)Lee等[10]的研究，Atezolizumab與PD-L1分子的結合主要依靠Atezolizumab的Fab段和PD-L1分子的“C”、“C’”、“F”、“G”所構成的“CC’FG反向平行β片層”結構，并且PD-L1分子的這一結構也是其與PD-1分子相互作用的關鍵結構，即Atezolizumab與PD-1分子競爭結合的部位。除此之外，PD-L1分子的“BC環(huán)”、“CC’環(huán)”、“C’C’’環(huán)”以及“FG環(huán)”結構也有助于Atezolizumab與其穩(wěn)定地結合。

1.3 保留ADCC功能的IgG1亞類單克隆抗體 由Pfizer公司與Merck Serono公司聯(lián)合研發(fā)的Avelumab（阿維魯單抗、阿維單抗）以及由AstraZeneca公司研發(fā)的Durvalumab（度伐魯單抗）均為全人源抗PD-L1分子的IgG1亞類單克隆抗體。Avelumab于2017年3月24日被美國FDA批準用于轉移性默克爾細胞癌的治療，后又獲美國FDA批準用于尿路上皮癌的治療。Durvalumab于2017年5月1日被美國FDA批準用于尿路上皮癌的治療，后又獲美國FDA批準用于非小細胞肺癌的治療。根據(jù)Lee等[10]以及Liu等[11]的研究，Avelumab以及Durvalumab的Fab段亦主要結合于PD-L1分子的“CC’FG反向平行β片層”結構。除此之外，PD-L1分子的其他結構也有助于單克隆抗體與之結合：其中“CC’環(huán)”結構有助于Avelumab和Durvalumab與其穩(wěn)定地結合；而“N末端區(qū)域”有助于Durvalumab與其穩(wěn)定地結合。

2 不良反應

盡管按照結構進行分類可以將上述常用的5種藥物分為三大類，臨床研究中還是傾向于按照藥物作用的靶分子的差異將其分為兩類，即抗PD-1單克隆抗體與抗PD-L1單克隆抗體。當然這種常用的分類方式也可以理解為把這5種藥物分為IgG4亞類組與IgG1亞類組。目前分析不同藥物的不良反應發(fā)生情況的文獻的結論可以歸納為兩大類，即分析組內差異（主要是IgG4組的組內差異，即Nivolumab與Pembrolizumab之間的差異）與組間差異（IgG4組與IgG1組之間的差異）。

在不良反應差異的研究中最常見的兩種亞組分析的因素是不良反應種類與腫瘤類型，在分析風險差異時應當綜合考慮這兩種因素，否則得到的結論將是粗糙和片面的。如Wang等[12]的meta分析中納入了肺癌、胃癌、黑色素瘤等多種腫瘤以及皮膚、內分泌系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)等多個系統(tǒng)的不良反應，但并未按照腫瘤類型以及不良反應種類分析不同藥物間的風險差異，只是得到不良反應的總體發(fā)生情況在PD-1組內無差異（全級不良反應：Nivolumab對Pembrolizumab的比值比為1.28，95%CI: 0.97-1.79）。再如Huang等[13]網狀meta分析也未綜合考慮這兩種因素，得到治療相關不良反應在PD-1組與PD-L1組之間無差異（全級治療相關不良反應：PD-1組對PD-L1組的比值比為1.26，95%CI: 0.74-2.17）。當按照具體類型的不良反應進行分析后得到了比較詳細的結論：不同藥物間在肺炎（Nivolumab對Pembrolizumab的比值比為1.10，95%CI: 0.86-1.40）[14]、結腸炎（PD-1組發(fā)生率為2/9,136，PD-L1組發(fā)生率為0/3,164，計算得到P≈1）[15]的風險上無差異，在甲狀腺功能亢進（Nivolumab發(fā)生率為2.5%，Pembrolizumab發(fā)生率為3.8%，P=0.04）[16]、皮疹（Nivolumab發(fā)生率為19.27%，Pembrolizumab發(fā)生率為7.66%，P=0.008）[17]的風險上存在差異，但Li等（P=0.21）[18]與Yang等（P=0.84）[19]的研究認為皮疹的發(fā)生風險在Nivolumab與Pembrolizumab間不存在差異，這提示不良反應的種類與不良反應的風險差異可能有關聯(lián)；對于腫瘤類型這一因素，Duan等[20]的meta分析的研究對象包括非小細胞肺癌、腎細胞癌、尿路上皮癌等。其研究結果顯示，胃癌患者接受單藥治療后所有種類不良反應的發(fā)生風險在PD-1組更高（PD-1對PD-L1的風險比為2.42，95%CI: 1.74-3.38），而尿路上皮癌患者則是PD-L1組風險更高（PD-1對PD-L1的風險比為0.87，95%CI: 0.77-0.98）。因此，腫瘤類型與不良反應的風險差異也可能有關聯(lián)。

綜上分析，不良反應的種類以及腫瘤類型與不良反應的發(fā)生風險均存在一定的關聯(lián)，而單獨分析其中一個因素是不全面的。為得到可靠的結論，本文進一步分析非小細胞肺癌患者在接受不同抗PD-1/PD-L1單克隆抗體治療后不同類型不良反應的發(fā)生風險是否存在差異。

2.1 組內差異（表1） 組內差異的研究主要集中在IgG4亞類的兩種藥物的不良反應的風險差異。例如Almutairi等[21]的網狀meta分析提示Nivolumab比Pembrolizumab具有更低的貧血、白細胞減低以及惡心的風險；Ksienski等[22]的多中心回顧性研究得出Nivolumab有更低的關節(jié)痛的風險，但是Almutairi等[21]的研究并未發(fā)現(xiàn)這種差異；Ksienski等[22]的研究提示Nivolumab的肺炎風險低于Pembrolizumab，F(xiàn)ukihara等[23]的回顧性研究進一步揭示Pembrolizumab的使用是肺炎的獨立危險因素，但Almutairi等[21]、Passiglia等[24]及Peng等[25]的meta分析的結果提示肺炎的發(fā)生風險在Nivolumab與Pembrolizumab之間并無統(tǒng)計學差異（值得注意的是，盡管差異沒有統(tǒng)計學意義，Passiglia等[24]的研究仍認為Pembrolizumab引起肺炎的風險低于Nivolumab有價值）。當然在另一些不良反應中Nivolumab與Pembrolizumab并未表現(xiàn)出有統(tǒng)計學意義的差異。如Almutairi等[21]以及Peng等[25]的研究均提示甲狀腺功能減退的發(fā)生風險在兩種藥物之間無差異。

2.2 組間差異（表2） 接受IgG1亞類組單克隆抗體治療的非小細胞肺癌患者與接受IgG4亞類組單克隆抗體治療的患者間不良反應的發(fā)生風險也存在有統(tǒng)計學意義的差異。例如Lin等[26]的meta分析提示PD-L1組的3級-5級結腸炎的風險低于PD-1組，而在Almutairi等[21]的研究中并未發(fā)現(xiàn)這一差異；在Pillai等[27]以及Khunger等[28]的meta分析中發(fā)現(xiàn)PD-L1組的肺炎發(fā)生風險更低（Tartarone等[29]的meta分析也得出這一結論，但并未進行統(tǒng)計學檢驗），而Almutairi等[21]、Wu等[30]的meta分析卻提示肺炎在兩組中的風險差異不具有統(tǒng)計學意義；再如在Almutairi等[21]的研究中發(fā)現(xiàn)Atezolizumab的中性粒細胞減少、周圍性水腫、嘔吐以及周圍神經病變的發(fā)生風險要高于Nivolumab和Pembrolizumab，即這些不良反應的風險在PD-1組更低。

3 分子結構與不良反應關系的解析與藥物研發(fā)建議

綜合以上對于IgG4亞類單克隆抗體之間不良反應發(fā)生風險差異的分析，可以得出Nivolumab具有更低的貧血[21]、白細胞減低[21]、惡心[21]、關節(jié)痛[22]以及肺炎[22,23]風險的結論，這也許與兩種藥物的結構不同有關。評價藥物與靶分子結合的親和力的一個重要參數(shù)是解離常數(shù)（KD），單位為mol/L，其含義為A和B兩種分子處于平衡狀態(tài)時的解離程度，KD越大說明解離越多，A、B分子之間的親和力越弱。Nivolumab與哺乳類動物的PD-1分子的KD為1.45 nmol/L[8]（1 nmol/L=10-9mol/L），而這一數(shù)值大于Pembrolizumab的27 pmol/L[9]（1 pmol/L=10-12mol/L），這說明Nivolumab與PD-1分子的親和力更低。雖然沒有研究證實，但可以推測由于兩種藥物結構不同造成了與PD-1分子的結合部位的不同，這種差異使得Nivolumab對PD-1分子具有相對較低的親和力，而具有較低親和力的Nivolumab將限制重新活化免疫細胞的數(shù)目，由于一些不良反應與過度重新活化的免疫細胞有關，因此Nivolumab的不良反應發(fā)生風險較低。但值得注意的是，仍有一些不良反應的風險如甲狀腺功能減退在Nivolumab與Pembrolizumab之間并未發(fā)現(xiàn)差異[21,25]，這提示單純用結構的差異來解釋不良反應的風險差異是不全面的。

表1 非小細胞肺癌患者接受Nivolumab或Pembrolizumab治療后不良反應風險差異Tab 1 Differences of the risk of adverse events between Nivolumab group and Pembrolizumab group in non-small cell lung cancer patients

表2 非小細胞肺癌患者接受抗PD-1單克隆抗體或抗PD-L1單克隆抗體治療后不良反應風險差異Tab 2 Differences of the risk of adverse events between PD-1 group and PD-L1 group in non-small cell lung cancer patients

關于組間差異，3級-5級結腸炎[26]、肺炎[27,28]在PD-L1組的風險可能較小。在Duan等[20]以及Lin等[26]的研究中，這種現(xiàn)象被歸因于抗PD-L1單克隆抗體只能阻礙PD-1與PD-L1分子的結合而不能干預PD-1分子與PD-L2分子結合。而抗PD-1單克隆抗體則可以阻斷兩條通路，故而不良反應風險高。當然，由于目前針對PD-1的抗體大多為IgG4亞類而針對PD-L1的抗體大多為IgG1亞類，故盡管沒有研究驗證，不良反應的風險差異或許與抗體的結構差異也存在一定關聯(lián)；然而對于另外一些不良反應，如中性粒細胞減少、周圍性水腫、嘔吐以及周圍神經病變[21]在PD-1組具有更低的風險，目前尚未找到合理的解釋。

鑒于不同結構藥物的不良反應風險存在差異，在藥物研發(fā)上可以做如下探究：首先，目前針對PD-1分子的Nivolumab與Pembrolizumab顯現(xiàn)出不同的PD-1分子親和力[8,9]與不良反應風險[21-23]，而不同的親和力也可能造成藥物療效的差異（尚未得到證實），因此可以探究并設計適當結構的藥物，使其與PD-1分子以較為合適的親和力結合，從而在保證有效治療效果的前提下盡量減小不良反應的風險；其次，由于Atezolizumab、Avelumab以及Durvalumab與PD-L1分子的作用位點有較多的重合[10]，可以研究各藥物私有的結合部位對藥物親和力的影響，或者探討ADCC作用的去留對不良反應風險的影響，從而設計低不良反應風險的PD-L1單克隆抗體；最后，可以進一步探究和研發(fā)IgG1亞類的抗PD-1抗體與IgG4亞類的抗PD-L1單克隆抗體，找到最佳的“靶點-抗體亞類”組合。

4 局限性

本文分析了關于PD-1/PD-L1免疫檢查點抑制劑不良反應發(fā)生風險的17篇meta分析和2篇回顧性研究，但存在一些局限性：首先，這些分析和研究已經是對原始研究數(shù)據(jù)進行提取分析的文獻，本文在此基礎上進一步分析存在相關信息丟失的風險；其次，不同分析納入的藥物種類、患者數(shù)目、計算指標以及分析的方法等不盡相同，這使得可比性下降。例如在進行組間差異分析時，Almutairi等[21]的研究中PD-L1組僅納入了Atezolizumab，而Tartarone等[29]的研究還納入了Avelumab，Pillai等[27]的研究在納入了Atezolizumab的基礎上同時納入了Avelumab與Durvalumab；最后，目前缺少對于IgG1亞類組內3種藥物不良反應風險比對的研究，新的IgG4亞類單克隆抗體藥物的試驗數(shù)據(jù)也十分有限，這些使得進一步分析結構與不良反應風險之間的關系受到限制。

5 結論

根據(jù)對目前最常用的5種作用于PD-1/PD-L1通路的單克隆抗體藥物的分析，可以得知不同藥物具有不同的高風險不良反應，而這與它們的結構差異存在一定的關聯(lián)。因此，在臨床上使用上述5種藥物以及其他作用于這一通路的藥物時，從結構角度出發(fā)考慮其不良反應及安全性是一個值得選擇的方向。