郭厚基
右江民族醫(yī)學院附屬醫(yī)院肛腸外科,廣西百色 533000
結(jié)直腸癌是世界范圍內(nèi)第3大常見惡性腫瘤,嚴重威脅著人類的生命健康[1]。結(jié)直腸癌在我國的發(fā)病率排名第5位,病死率排名第3位,且發(fā)病率和病死率均呈逐年上升趨勢[2]。有報道顯示,年齡和性別是影響結(jié)直腸癌預(yù)后的因素,65歲以上女性結(jié)直腸癌患者的病死率高于其他人群,且5年生存率也更低[3-4]。現(xiàn)階段結(jié)直腸癌的臨床治療依然以手術(shù)治療為主,對于T3期中/低位結(jié)直腸癌或淋巴結(jié)陽性采取的治療手段則是將手術(shù)治療與術(shù)前放化療相結(jié)合,同時進行額外輔助治療[5]。盡管如此,結(jié)直腸癌患者的生存期并未得到明顯改善,且大部分結(jié)直腸癌患者在初次去醫(yī)院就診時已出現(xiàn)全身廣泛轉(zhuǎn)移,錯過了手術(shù)治療的最佳時機,因此亟待尋找新的有效治療結(jié)直腸癌的方法。
近年來,隨著現(xiàn)代醫(yī)學技術(shù)和分子生物學技術(shù)的不斷發(fā)展,腫瘤免疫治療已較過去取得了突破性進展。過繼性細胞治療和免疫檢查點抑制劑(immune checkpoint inhibitors,ICI)均在腫瘤的臨床試驗中顯示出了特有的優(yōu)勢,尤其是程序性細胞死亡受體-1(programmed death-1,PD-1)及其配體(PD-L1)阻斷劑在包括結(jié)直腸癌在內(nèi)的多種惡性腫瘤的治療中取得了重大突破[6]。越來越多的證據(jù)表明,ICI在結(jié)直腸癌的臨床治療中具有廣闊的應(yīng)用前景。本文闡述免疫檢查點的作用和相關(guān)機制,總結(jié)近年來ICI在結(jié)直腸癌治療中的研究進展,旨在為更加全面地了解ICI治療結(jié)直腸癌的現(xiàn)狀,尋找新的ICI治療結(jié)直腸癌的分子標志物奠定理論基礎(chǔ)。
T淋巴細胞在機體抗腫瘤免疫應(yīng)答過程中扮演著關(guān)鍵角色,能夠經(jīng)由識別腫瘤特異性抗原并產(chǎn)生細胞毒性反應(yīng)。研究證實,T淋巴細胞的數(shù)量與結(jié)直腸癌患者的復(fù)發(fā)率和生存率之間存在密切聯(lián)系[7]。正常生理狀態(tài)下,T淋巴細胞能夠產(chǎn)生多種激活性和抑制性受體,從而調(diào)控機體的免疫平衡,在調(diào)節(jié)免疫應(yīng)答、避免免疫系統(tǒng)過度活化方面發(fā)揮著重要作用[8]。但在腫瘤微環(huán)境中,腫瘤抗原的存在形成了對T細胞的持續(xù)性刺激,存在于T細胞表面的抑制性受體水平上調(diào)。同時,抑制性受體的相應(yīng)配體在腫瘤細胞或抗原呈遞細胞表面的含量持續(xù)上升,當抑制性受體與其配體相互識別并結(jié)合后,T細胞的激活過程受到抑制,增殖活性對之降低,T細胞的凋亡率上升,最終導(dǎo)致免疫抑制性腫瘤微環(huán)境形成[9]。上述過程引起腫瘤細胞逃避機體免疫系統(tǒng)的監(jiān)控和殺傷,最終造成免疫逃逸。T細胞表面存在多種抑制性受體,如細胞毒T淋巴細胞相關(guān)抗原-4(cytotoxic T lymphocyte antigen-4,CTLA-4)、PD-1、淋巴細胞活化基因-3(lymphocyte activation gene-3,LAG-3)、癌胚抗原相關(guān)細胞粘附因子1(carcino-embryonic antigen related cellular adhesion molecule 1,CEACAM1)等[10-12]。上述抑制性受體所對應(yīng)的抑制性信號通路即被稱為免疫檢查點。
2.1 CTLA-4 CTLA-4也被稱為CD152,主要存在于活化的T細胞或自然殺傷細胞表面,能夠與CD28受體競爭性結(jié)合抗原呈遞細胞上的B7-1/B7-2B7-2配體。由于CTLA-4與B7-1/B7-2B7-2配體結(jié)合的親和力明顯高于CD28,因此能夠抑制免疫刺激,對T細胞激活的早期步驟具有調(diào)控作用[13]。CTLA-4高表達的CD4+Treg細胞則經(jīng)由降低白介素2(interleukin-2,IL-2)的產(chǎn)生和釋放,抑制IL-2受體的表達,從而使T細胞產(chǎn)生G1期阻滯[14]。
2.2 LAG-3 LAG-3是存在于自然殺傷細胞、B細胞、抗原呈遞細胞、活化的T細胞表面的一種分子,主要組織相容性復(fù)合體II為其配體,兩者結(jié)合后明顯抑制CD4+T淋巴細胞的抗原依賴性刺激,實現(xiàn)對Treg細胞功能的調(diào)節(jié),發(fā)揮維持機體免疫耐受的作用[15]。LAG-3與CTLA-4具有相似的生物學功能,可延長T細胞的細胞周期,誘導(dǎo)其凋亡。同時,LAG-3還能夠與PD-1/PD-L1發(fā)揮協(xié)同作用,共同促進T細胞凋亡,最終使機體免疫功能下降。因此,在慢性感染模型以及腫瘤患者機體中均能夠發(fā)現(xiàn)LAG-3與PD-1共表達的現(xiàn)象[16]。
2.3 PD-1/PD-L1 PD-1是CD28超家族的成員之一,與機體免疫抑制相關(guān)。在T細胞、B細胞、自然殺傷細胞、單核細胞以及樹突狀細胞中均能檢測到PD-1的表達。PD-L1為PD-1的主要配體,其在腫瘤免疫微環(huán)境中的表達水平顯著上調(diào)。當PD-1與PD-L1相互識別并結(jié)合后,經(jīng)由mTPR和PI3K/Akt信號通路抑制T細胞的生物學活性,誘導(dǎo)無反應(yīng)性和抗原特異性T淋巴細胞凋亡。上述過程對多種細胞因子的產(chǎn)生和釋放產(chǎn)生抑制作用,其中包括IL-2、腫瘤壞死因子γ、腫瘤壞死因子α等,同時促進IL-10的產(chǎn)生[17]。
2.4 CEACAM1 CEACAM1為癌胚抗原家族的重要成員之一,共有2個亞型,分別為CEACAM1-L和CEACAM1-S。T細胞激活后促使CEACAM1-L絲氨酸殘基發(fā)生磷酸化并向T細胞膜表面移動,CEACAM1-L單體經(jīng)由氨基末端的免疫球蛋白區(qū)域與腫瘤或免疫細胞膜表面CEACAM1單體相連,繼而影響抑制性信號的轉(zhuǎn)導(dǎo)。上述過程引抑制了T細胞的激活,同時諸如IL-2、IL-4、腫瘤壞死因子γ等細胞因子的產(chǎn)生和釋放也受到抑制[18]。除此之外,CEACAM1還能經(jīng)由自身相互作用,或與Tim-3分子遠端N-粘性末端順式和反式結(jié)合,形成二聚體結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)對于Tim-3的成熟和表達均具有促進作用,繼而影響T細胞衰竭。因此,CEACAM1在抗腫瘤免疫中扮演著重要角色。
3.1 CTLA-4抗體 阻斷免疫抑制信號的傳遞、逆轉(zhuǎn)腫瘤微環(huán)境、提高內(nèi)源性抗腫瘤效應(yīng)、恢復(fù)T細胞的生物學活性以發(fā)揮抗腫瘤作用等是ICI研發(fā)和應(yīng)用的最終目的。近年來已有多種ICI被開發(fā)并應(yīng)用于臨床上結(jié)直腸癌的治療當中,旨在提高患者內(nèi)源性抗腫瘤免疫效應(yīng)。ipilimumab為最早獲得美國食品與藥品監(jiān)督管理局(Food and Drug Administration,F(xiàn)DA)批 準 并 用 于 臨 床 治 療 的ICI[19],為CTLA-4抗體,但該藥物卻并未在結(jié)直腸癌中發(fā)揮理想的治療效果。部分結(jié)直腸癌患者對ipilimumab的治療無應(yīng)答,甚至有患者因疾病進展在30 d內(nèi)死亡[20]。目前已有研究將ipilimumab與化療聯(lián)用,以期達到治療轉(zhuǎn)移瘤的目的,該研究已進入II期臨床試驗(NCT01769222)。tremelimumab也是一株已獲得美國FDA批準用于臨床治療的抗CTLA-4單克隆抗體。研究表明,在II期臨床試驗中將tremelimumab用于標準化療失敗的結(jié)直腸癌轉(zhuǎn)移患者,大部分患者均在3個月內(nèi)出現(xiàn)疾病進展或死亡,僅有1例患者接受了二次治療[21],因此tremelimumab在結(jié)直腸癌中的治療效果并不理想。同時,患者在治療的過程中還出現(xiàn)了多種不良反應(yīng),如潰瘍性結(jié)腸炎和腹瀉等,這也嚴重阻礙了tremelimumab在結(jié)直腸癌治療中的應(yīng)用。
nivolumab為一種PD-1/PD-L1抗體,該藥物在黑色素瘤以及肺癌的治療中均顯示出了良好的療效[22-23],但對結(jié)直腸癌的治療效果卻并不理想。研究表明,nivolumab對19例結(jié)直腸癌患者并未產(chǎn)生明顯療效,推測可能與結(jié)直腸癌細胞表面的PD-1呈陰性表達有關(guān)[24]。pembrolizuma也屬于PD-1/PD-L1抗體。有學者采用pembrolizuma治療結(jié)直腸癌患者,發(fā)現(xiàn)帶有微衛(wèi)星高度不穩(wěn)定(MSI-H)的結(jié)直腸癌患者的客觀緩解率和無進展生存率均遠高于帶有微衛(wèi)星低度不穩(wěn)定(MSI-L)的患者[25],因此,pembrolizuma已被FDA批準用于治療MSI-H的轉(zhuǎn)移性結(jié)直腸癌。BMS936559為另一種PD-L1抗體。有報道顯示,在I期臨床試驗中,將BMS936559應(yīng)用于結(jié)直腸癌的治療中并未顯示出客觀反應(yīng),而將另一種PD-L1抗體MPDL3280用于結(jié)直腸癌的治療后,部分患者出現(xiàn)客觀臨床反應(yīng)[26-27]。對PD-L1抗體的研究表明,腫瘤細胞表面的PD-L1表達水平可能是決定結(jié)直腸癌患者是否適宜接受ICI治療的因素之一。
LAG-3與CTLA和PD-L1之間存在相似性,相較于MSI-L的腫瘤細胞,LAG-3在MSI-H的腫瘤細胞中的表達水平顯著上調(diào)。LAG-3的表達水平與結(jié)直腸癌患者的預(yù)后呈負相關(guān)[28]。在體外試驗中,將PD-1與LAG-3聯(lián)合作用于CD8+T細胞,對細胞生物學活性的抑制作用更強,因此也明顯減弱了CD8+T細胞的抗腫瘤免疫應(yīng)答[29]。在體內(nèi)研究中,將LAG-3和PD-1抗體聯(lián)用可有效提高小鼠的腫瘤特異性免疫應(yīng)答,與單獨使用LAG-3或PD-1抗體相比能夠獲得更好的治療效果[30]。目前,一項比較單獨和聯(lián)合使用LAG-3單克隆抗體(BMS-986016)治療結(jié)直腸癌療效的臨床試驗已在進行當中(NCT01968109)。
除上述抗體之外,還有Tim-3、CEACAM1、IDO、KIP抗體等進入了臨床試驗階段,為結(jié)直腸癌的治療帶來了新的希望。
4.1 基因突變 MSI-H來自于缺陷型錯配修復(fù)蛋白,在15%的散發(fā)性結(jié)直腸癌患者中能夠檢測到,與結(jié)直腸癌的年齡和疾病進展有關(guān)[31]。MSI-H結(jié)直腸癌具有異常高水平的突變負荷,同時存在TIL和多個免疫檢查點的表達,其中包括PD-1、PD-L1、CTLA-4、LAG-3以及IDO,與細胞因子的應(yīng)答有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn),MSI-H的結(jié)直腸癌患者較MSI-L患者具有更好的預(yù)后,且腫瘤復(fù)發(fā)率也較低,采用ICI治療MSI-H的結(jié)直腸癌患者能夠獲得更好的治療效果[32]。KRAS則與MSI相反,KRAS與NARAS突變的腫瘤患者,其免疫細胞浸潤以及腫瘤抑制分子表達均較低。在KRAS發(fā)生突變的結(jié)直腸癌組織中,CD4+T細胞水平明顯減少[33]。KRAS發(fā)生突變的結(jié)直腸癌處于免疫相對靜止的腫瘤微環(huán)境狀態(tài),因此采用ICI治療此種類型結(jié)直腸癌患者的效果可能并不理想。除此之外,攜帶BRAF突變的結(jié)直腸癌患者預(yù)后也較差。
4.2 免疫微環(huán)境 腫瘤微環(huán)境能夠經(jīng)由多種機制對T細胞的激活和代謝過程產(chǎn)生影響,引起T細胞表面的抑制性因子表達水平增高,誘導(dǎo)T細胞向終末狀態(tài)分化,最終影響T細胞的抗腫瘤活性。骨髓來源的抑制細胞(myeloid-derived suppressor cells,MDSC)能夠與T細胞發(fā)生相互作用,繼而抑制T細胞的激活,同時還能夠產(chǎn)生活性氧,誘導(dǎo)CCL2向N-CCL2轉(zhuǎn)化,對T細胞的浸潤產(chǎn)生抑制作用,最終促進腫瘤細胞免疫逃逸[34]。Treg細胞對腫瘤細胞和腫瘤相關(guān)成纖維細胞(cancer-associated fibroblast,CAF)中的血管內(nèi)皮細胞生長因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)具有促進作用,同時可降低T細胞生成腫瘤壞死因子γ的能力,下調(diào)顆粒酶的生成,從而抑制T細胞的抗腫瘤活性。在結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn)移患者的機體中能夠檢測到大量活化的Treg細胞,這些細胞能夠特異性抑制T細胞的生物學活性,同時產(chǎn)生高水平的TNFR相關(guān)蛋白(glucocorticoid-induced TNFR-related protein,GITR)和CTLA-4,加劇結(jié)直腸癌的進展[35]。CD8+T細胞表面粘附分子P-選擇素糖蛋白配體-1(P-selectin glycoprotein ligand-1,PSGL-1)能夠提高免疫檢查點水平,同時阻斷TCR以及IL-2的信號轉(zhuǎn)導(dǎo),從而抑制T細胞的抗腫瘤活性。研究表明,當PSGL-1表達缺失時能夠引起PD-1水平下調(diào),T細胞受到的抑制作用即被解除,其抗腫瘤活性也得以恢復(fù)[36]。
腫瘤浸潤性T細胞常常處于反應(yīng)性狀態(tài),與腫瘤患者的生存期呈正相關(guān)。有報道顯示,腫瘤浸潤性T細胞能夠經(jīng)由激活共刺激受體,提高Th1細胞的生物學活性或抑制Treg細胞功能,最終發(fā)揮殺傷腫瘤細胞的作用。因此,共刺激受體激動劑能夠有效增強T細胞的活化,與ICI聯(lián)用時能夠發(fā)揮出更好的抗腫瘤效率。腫瘤浸潤的T淋巴細胞具有免疫監(jiān)視的功能,可阻斷PD-1與PD-L1的結(jié)合過程,抑制腫瘤進展,其浸潤程度與抗腫瘤效果呈正相關(guān)[37]。除上述因素之外,ICI對結(jié)直腸癌的治療效果還受到患者其他一些生理特征的影響,如年齡、HLA類型、慢性感染、飲食、遺傳背景以及代謝差異等。結(jié)直腸癌患者的腸道微生物也是影響機體免疫狀態(tài)的重要因素。研究發(fā)現(xiàn),采用CTLA-4阻斷療法能夠打破上皮淋巴細胞與腸道表皮細胞之間的平衡狀態(tài),繼而促進多種擬桿菌屬菌類的增殖,影響?zhàn)つぬ帢渫粻罴毎?,最終促進抗腫瘤T細胞的活化[38]。
對結(jié)直腸癌患者攜帶的免疫檢查點相關(guān)基因進行篩選,有助于制定個體化ICI治療方案,經(jīng)由靶向抑制性細胞或激活T細胞表面的共刺激受體等途徑,調(diào)節(jié)腫瘤免疫微環(huán)境,最終提高結(jié)直腸癌的治療效果。此外,一些微生物抗原結(jié)構(gòu)對于腫瘤免疫反應(yīng)具有促進作用,將之作為腫瘤疫苗的組成成分與ICI聯(lián)用,有望提高結(jié)直腸癌的治療效果。
近年來,ICI治療結(jié)直腸癌的臨床效果已較過去有了極大飛躍,但由于腫瘤中存在多種免疫抵抗機制,因此依然有部分患者對ICI的治療無應(yīng)答。在臨床實際治療過程中,采用單一治療方法往往難以獲得令人滿意的療效,而聯(lián)合治療則能夠顯著改善腫瘤患者的預(yù)后,因此也是未來腫瘤治療研究領(lǐng)域的重點課題和發(fā)展方向。除了將多種ICI聯(lián)合應(yīng)用之外,ICI也可與放化療以及手術(shù)治療等傳統(tǒng)的治療方法聯(lián)合應(yīng)用,同時還可與其他免疫療法聯(lián)用。ICI的聯(lián)合治療有望控制腫瘤的惡性化進程,延長腫瘤患者的生存時間,甚至實現(xiàn)治愈腫瘤,但相關(guān)藥物的治療方法仍需深入研究。
隨著現(xiàn)代醫(yī)療技術(shù)的不斷發(fā)展,ICI在腫瘤治療中顯示出了較好的療效,但總體有效率依然是其主要的短板。但在臨床治療中,ICI聯(lián)合治療顯示出了較單一治療更好的作用效果。明確結(jié)直腸癌患者影響ICI療效的因素有助于篩選出對ICI敏感的患者,繼而制定出個體化治療方案,改善患者預(yù)后。將ICI療法與傳統(tǒng)的或新的治療模式相結(jié)合,將成為今后結(jié)直腸癌臨床治療的新方向。