在抗原存在的情况下,B7-1(CD80;112203)或B7-2(CD86;601020)与CD28(186760)的结合可促进T细胞增殖、细胞因子产生、效应T细胞分化,并诱导T细胞生存促进剂BCLX(600039)。另一方面,B7-1或B7-2参与CTLA4(123890)可能会抑制增殖和白细胞介素-2(IL2;147680)的产生。针对CD28相关分子ICOS(604558)的抗体可以刺激T细胞生长并诱导IL10(124092)和IL4(147780)的产生。通过搜索B7-1和B7-2同源物的EST数据库,然后对胎盘cDNA文库进行RT-PCR,Dong等人(1999年)获得了编码B7H1(B7同源物-1)的cDNA。序列分析预测,290-氨基酸I型跨膜蛋白与B7-1和B7-2分别有20%和15%的同源性,具有免疫球蛋白V样和C样结构域以及30个氨基酸的细胞质尾部。Northern印迹分析检测到4.1-kb和7.2-kb B7H1转录物在心脏、骨骼肌、胎盘和肺中最丰富,在胸腺、脾脏、肾脏和肝脏中表达较弱,在脑、结肠和小肠中不表达。荧光激活细胞分选(FACS)分析表明,B7H1在部分单核细胞上表达,在T和B细胞上表达较弱。激活显著增加T细胞和单核细胞的表达,在较小程度上增加B细胞的表达。结合分析表明,B7H1与ICOS、CTLA4或CD28之间没有相互作用。
Freeman等人(2000年)还克隆了B7H1,他们称之为“程序性细胞死亡-1(PDCD1或PD1;600244)配体-1”或PDL1。小鼠Pdl1与人类蛋白质的同源性为70%。流式细胞术和BIAcore分析确定PDL1与PDCD1结合,但不与结构相似的CTLA4、CD28或ICOS蛋白结合。RNA印迹杂交表明,IFNG处理的单核细胞中PDL1上调,IFNG与其他活化剂联合处理的树突状细胞和角质形成细胞中PDL2上调。在树突状细胞中,B7-1和B7-2与PDL1平行上调。表面Ig交联激活的B细胞中PDL1的表达也上调。
Dong等人(1999年)表明,在B7H1存在的情况下刺激T细胞可以以IL2依赖的方式促进IL10和γ干扰素(IFNG;147570)的增殖和优先生成,而不是IL4。
Freeman等人(2000年)表明,PDL1存在时激活人T细胞和小鼠Pdcd1+/+T细胞导致增殖和细胞因子分泌减少,可能是由于Pdcd1上存在细胞质免疫受体酪氨酸抑制基序(ITIM)。
Dong等人(2002年)使用免疫组织化学分析表明,B7H1蛋白在大多数新近分离的人类癌症中表达,但在大多数正常组织中不表达。肿瘤细胞系的流式细胞术分析显示,B7H1表达上调是对IFNG的反应,但在缺乏IFNG的情况下很少出现。在不存在其他凋亡诱导配体的情况下,黑色素瘤细胞系或乳腺癌衍生系中B7H1的表达通过PD1以外的受体诱导T细胞死亡。FASL(TNFSF6;134638)和IL10的中和作用可部分抑制细胞凋亡。Dong等人(2002年)提出,阻断B7H1可以增强预激活T细胞的癌症免疫治疗。
Curiel等人(2003年)报告称,从卵巢癌患者引流淋巴结中获得的髓样树突状细胞(MDC)表达高水平的B7H1,而非健康人的外周血单核细胞衍生的MDC。VEGF(192240)或IL10可增强B7H1的表达,两者均由卵巢癌细胞株分泌,或在缺乏抗VEGF或抗IL10的情况下由肿瘤相关巨噬细胞分泌。在缺乏抗B7H1抗体的情况下,正常异基因CD4(186940)阳性或CD8(见186910)阳性的T细胞分泌IL10以应对肿瘤MDC。阻断B7H1上调IL12(见161561)的表达,并通过输注表达IFNG的正常T细胞介导增强携带卵巢肿瘤的NOD-SCID小鼠的抗肿瘤免疫。Curiel等人(2003年)得出结论,肿瘤MDC上B7H1的上调下调了T细胞免疫,阻断B7H2可能代表了癌症免疫治疗的一种方法。
Barber等人(2006年)利用微阵列分析和流式细胞术发现,感染淋巴细胞性脉络膜脑膜炎病毒(LCMV)株的小鼠的功能衰竭的CD8 T细胞高度上调了Pd1,但不是通过LCMV株感染小鼠的功能记忆CD8 T细胞引起急性感染。FACS分析表明,急性感染小鼠CD8 T细胞上Pd1表达暂时上调。相反,在慢性感染小鼠的病毒特异性CD8 T细胞上,Pd1表达持续上升并持续存在。Pdl1在病毒感染细胞上高表达。用Pdl1阻断抗体治疗慢性感染小鼠可增强CD8 T细胞功能,导致细胞毒性T细胞活性,产生Ifng和Tnf(191160),并大幅降低病毒水平,无明显疾病迹象。在缺乏辅助性CD4 T细胞的小鼠中也观察到Pdl1阻断的有益作用。Pd1的表达不受抗Pdl1治疗的影响,CD8 T细胞功能在停止治疗后没有下降。慢性感染LCMV的Pdl1-/-小鼠因免疫病理损伤而死亡,而急性感染LCMV的Pdl1-/-小鼠表现出与野生型小鼠相似的行为。Barber等人(2006)得出结论,PDL1的抗体阻断可能是治疗慢性病毒感染(包括人类免疫缺陷病毒)和病毒诱导的癌症的有效免疫策略,尽管必须仔细监测自身免疫和免疫病理学的潜力。
Thompson等人(2004年)对196例肾细胞癌患者的肿瘤标本(RCC;144700)进行了分析,发现B7H1的高肿瘤表达与肿瘤侵袭性增加和死亡风险增加4.5倍有关。作者认为肿瘤细胞表达B7H1可能损害宿主免疫并促进肿瘤进展。在一项后续研究中,Krambeck等人(2006年)发现259例肾细胞癌中有94例(36%)同时表达B7H1和B7H4(608162),这是另一种抑制T细胞活性的协同调节分子。与单独表达两种分子相比,B7H1和B7H4的表达与更大的肿瘤侵袭性和死亡风险相关。
在对人类星形胶质细胞进行的研究中,Parsa等人(2007年)证明,在PTEN(601728)缺失和PI3K(见171834)通路激活后,PDCD1LG1基因的表达在转录后增加。胶质母细胞瘤标本中B7H1水平与PTEN损失相关,肿瘤特异性T细胞比表达突变型PTEN的细胞更有效地裂解表达野生型PTEN的人类胶质瘤靶点。Parsa等人(2007年)得出结论,胶质瘤的免疫耐受性与肿瘤抑制因子PTEN的丢失有关,部分由B7H1介导。
Hamanishi等人(2007年)使用石蜡包埋标本和免疫组织化学方法表明,PDL1高表达的卵巢癌患者的预后明显低于PDL1低表达的卵巢肿瘤患者。PDL2的高表达(PDCD1LG2;605723)也倾向于预后不良,但该发现在统计学上并不显著。PDL1表达与上皮内CD8阳性T淋巴细胞计数呈显著负相关,提示肿瘤细胞上的PDL1可能抑制抗肿瘤CD8阳性的T细胞。Hamanishi等人(2007年)提出,PD1/PDL1通路可能是恢复卵巢癌抗肿瘤免疫的良好靶点。
Seo等人(2007年)报告称,感染李斯特菌后,小鼠T细胞、自然杀伤(NK)细胞和巨噬细胞中的B7h1表达上调。B7h1阻断增加死亡率,抑制巨噬细胞产生Tnf和一氧化氮,并抑制NK细胞表达Ifng和颗粒酶B(GZMB;123910)。在效应期和记忆期,阻断剂选择性地抑制Cd8-阳性而非Cd4-阳性T细胞的增殖和细胞因子的产生,以响应单核细胞增生李斯特菌抗原。Seo等人(2007年)提出,B7H1为先天性和适应性免疫以及防止细胞内细菌感染提供正的共刺激信号。
Said等人(2010年)使用流式细胞术分析发现,在病毒性人类免疫缺陷病毒(HIV;见609423)阳性患者中,CD16(146740)阳性和CD16阴性单核细胞上PD1(600244)的表达上调,但在树突状细胞上上调,而在高效抗逆转录病毒治疗(HAART)中上调不到-治疗HIV阳性患者。微生物Toll样受体(TLR;见603030)配体和炎症细胞因子诱导单核细胞PD1上调。在HIV阳性患者中,CD16阳性或CD16阴性单核细胞上PD1的表达与血液IL10浓度相关。此外,PDL1而非PDL2对PD1的触发可诱导单核细胞IL10的产生。PD1触发抑制CD4阳性T细胞反应。IL10刺激增加了CD4阳性T细胞的STAT3(102582)磷酸化,CD4阳性和CD8-阳性T淋巴细胞在病毒血症HIV患者中均显示PD1表达增加。Said等人(2010)提出,需要阻断IL10-IL10R(146933)和PD1-PDL1相互作用,以恢复HIV感染期间的免疫反应。
Wang等人(2012)发现,与匹配的正常组织相比,205例胃癌(613659)中88例(42.9%)的CD274蛋白表达上调。相反,胃癌组织和正常组织中CD274mRNA的表达没有差异。88例CD274上调的癌症中,有80例在cDNA 1268位(1268G-C)有体细胞G-to-C转换。突变发生在CD274的3质体UTR中microRNA-570(MIR570;614538)的假定结合位点的种子区域。报告基因分析和转染研究证实,MIR570下调野生型细胞中CD274的表达,但并没有下调1268G-C突变的癌细胞中的CD274表达。
Yang等人(2013年)使用流式细胞术检测了40名高危人乳头瘤病毒(HR-HPV)感染不同等级宫颈上皮内瘤变(CIN)的女性的宫颈T细胞和树突状细胞上PD1和PDL1的表达。他们发现PD1和PDL1的表达与HR-HPV阳性相关,并且表达随着CIN分级的增加而增加。相反,HR-HPV阳性女性CD80和CD86共刺激标记物的表达降低,与CIN分级增加平行。同样,宫颈分泌物中Th2细胞因子IL10水平升高和Th1细胞因子IFNG和IL12水平降低(161560)与HR-HPV阳性和CIN分级升高相关。Yang等人(2013年)提出,上调抑制性PD1/PDL1通路可能会负性调节宫颈细胞介导的HPV免疫,并有助于HR-HPV相关CIN的进展。
Powles等人(2014年)检测了抗PDL1抗体MPDL3280A,一种全身性癌症免疫疗法,用于治疗尿路上皮性膀胱癌(UBC;见109800)。MPDL3280A是一种高亲和力工程化的人抗PDL1单克隆免疫球蛋白-G1抗体,其抑制PDL1与PD1(PDCD1;600244)和B7.1(CD80;112203)的相互作用。由于PDL1在活化的T细胞上表达,因此对MPDL3280A进行了Fc结构域修饰,以消除临床相关剂量下的抗体依赖性细胞毒性,从而防止表达PDL1的T细胞耗竭。Powles等人(2014年)发现,使用MPDL3280A治疗导致转移性UBC快速反应,许多反应发生在第一次反应评估时(6周)。在数据截止时,几乎所有回复都在进行中。在一项I期扩展研究中,Powles等人(2014年)表明,表达PDL1阳性肿瘤浸润免疫细胞的肿瘤具有特别高的应答率。MPDL3280A具有良好的毒性特征,包括缺乏肾毒性,这表明UBC患者对其耐受性可能优于化疗。UBC患者年龄较大,肾损害发生率较高。
Kamphorst等人(2017年)证明,CD28(186760)/B7共刺激途径对于慢性病毒感染期间有效的PD1治疗至关重要。条件基因缺失显示PD1阻断后CD8 T细胞增殖对CD28的细胞内需求。B7共刺激对于荷瘤小鼠中有效的PD1治疗也是必要的。此外,Kamphorst等人(2017年)发现,肺癌患者PD1治疗后血液中增殖的CD8 T细胞主要呈CD28阳性。Kamphorst等人(2017年)得出结论,他们的数据证明了CD8 T细胞拯救的CD28协同刺激需求,并表明CD28/B7通路在癌症患者PD1治疗中的重要作用。
通过在生化重建系统中滴定PD1信号,Hui等人(2017)证明,作为PD1募集的Shp2(176876)磷酸酶去磷酸化的靶点,协同受体CD28比T细胞受体(TCR;见186880)更受青睐。Hui等人(2017年)还表明,在完整的细胞系统中,CD28(而非TCR)优先去磷酸化,以响应PDL1激活PD1。Hui等人(2017)得出结论,PD1主要通过失活CD28信号来抑制T细胞功能,这表明共刺激途径在调节效应T细胞功能和对抗PDL1/PD1治疗的反应中起着关键作用。
Sugiura等人(2019年)证明,CD80(112203)与抗原呈递细胞上的PDL1顺式相互作用,破坏PDL1/PD1(600244)结合。随后,当抗原呈递细胞表达大量CD80时,PDL1不能与PD1结合以抑制T细胞激活。在没有发生顺式PDL1/CD80相互作用的敲除小鼠中,PD1大大减弱了肿瘤免疫和自身免疫反应。Sugiura等人(2019年)得出结论,抗原提呈细胞上的CD80限制PD1共抑制信号,同时促进CD28介导的协同刺激,并强调了诱导最佳免疫反应的关键成分。
Maier等人(2020年)通过对人类和小鼠非小细胞肺癌进行单细胞RNA测序,发现了一簇树突状细胞(DC),他们将其命名为“富含免疫调节分子的成熟树突细胞”(mregDCs),因为它们同时表达免疫调节基因和成熟基因。Maier等人(2020年)发现,mregDC程序在摄取肿瘤抗原时由典型的DC1和DC2表达,并进一步发现,受体酪氨酸激酶AXL(109135)诱导mregDC中的关键检查点分子PDL1上调,而白细胞介素12上调(IL12;见161560)严格依赖于干扰素-γ(IFNG;147570),并由IL4(147780)信号负向控制。阻断IL4可通过携带肿瘤抗原的mregDC1增强IL12的产生,扩大肿瘤浸润效应T细胞的数量,并减少肿瘤负担。Maier等人(2020年)得出结论,他们发现了一个与肿瘤抗原摄取相关的调节模块,该调节模块可降低人类和小鼠癌症中的DC1功能。
与肿瘤免疫的关系
PDL1在许多癌症和免疫细胞上表达,通过结合PD1(600244)和B7.1,在阻断“癌症免疫循环”中起着重要作用,这两种物质都是T淋巴细胞活化的负调节因子。PDL1与其受体的结合抑制T细胞迁移、增殖和细胞毒性介质的分泌,并限制肿瘤细胞的杀伤。PDL1-PD1轴不仅在癌症中,而且在微生物感染期间,保护宿主免受过度激活的T效应细胞的影响。Herbst等人(2014)设计了一项研究,以评估使用工程化人源化抗体MPDL3280A抑制PDL1的安全性、活性和生物标记物,并表明在多种癌症类型中,在PDL1高表达的肿瘤患者中观察到反应,尤其是当PDL1由肿瘤浸润免疫细胞表达时。此外,反应与T-helper 1型基因表达、CTLA4(123890)表达以及基线肿瘤标本中缺乏fractalkine(CX3CL1;601880)有关。Herbst等人(2014年)得出结论,MPDL3280A对PDL1抑制原有免疫的患者最有效,并在抗体治疗中恢复活力。
Tumeh等人(2014)表明,明确位于侵袭性肿瘤边缘的预先存在的CD8+(186910)T细胞与PD1/PDL1免疫抑制轴的表达相关,并可能预测治疗反应。作者使用定量免疫组织化学、定量多重免疫荧光和新一代T细胞抗原受体(TCR)测序分析了46例抗PD1治疗(pembrolizumab)之前和期间获得的转移性黑色素瘤患者(155600)的样本。在连续取样的肿瘤中,对治疗有反应的患者显示肿瘤内CD8+T细胞增殖,这与放射线检查肿瘤大小的缩小直接相关。从应答患者获得的预处理样本显示,侵袭性肿瘤边缘和肿瘤内部CD8-、PD1-和PDL1-表达细胞数量较高,PD1和PDL1之间非常接近,TCR序列更具克隆性。Tumeh等人(2014)利用多元分析建立了一个基于CD8在侵袭边缘表达的预测模型,并在15名患者的独立队列中验证了该模型。作者得出结论,治疗性PD1阻断后肿瘤的消退需要预先存在的CD8+T细胞,这些细胞受到PD1/PDL1介导的适应性免疫抵抗的负调控。
Xu等人(2016)指出,化疗耐药性限制了卵巢癌有效化疗的临床应用(167000)。抑制性免疫受体PD1和CTLA4以及免疫配体PDL1的免疫检查点阻断在几种癌症的治疗中是成功的。Xu等人(2016)通过电子和RT-PCR分析发现,microRNA(miRNA)MIR424(300682)的表达与PDL1、PD1、CD80和CTLA4的表达呈负相关。卵巢癌患者肿瘤中高MIR424水平与无进展生存率呈正相关。功能分析表明,MIR424通过直接结合PDL1和CD80的3-质体UTR抑制其表达。MIR424表达的恢复逆转了化疗耐药性,同时PDL1免疫检查点被阻断。联合化疗和免疫治疗与功能性细胞毒性CD8-阳性T细胞的增殖以及髓源性抑制和调节性T细胞的抑制有关。Xu等人(2016)提出PDL1和化疗耐药之间通过miRNA调节级联存在生物和功能相互作用。
Kataoka等人(2016年)证明了一种独特的免疫逃逸遗传机制,这种免疫逃逸是由结构变异引起的,通常会破坏PDL1基因的3原质区。广泛影响多种常见的人类癌症类型,包括成人T细胞白血病/淋巴瘤(27%)、弥漫性大B细胞淋巴瘤(8%)和胃腺癌(2%),这些结构变异总是导致异常PDL1转录物显著升高,通过截断3原非翻译区(UTR)使其稳定。小鼠体内Pdl1 3-质体UTR的破坏可使体内Pdll表达升高的EG7-OVA肿瘤细胞免疫逃逸,Pdl1被Pd1(600244)-Pdl1阻断剂有效抑制,支持相关结构变体通过免疫逃逸在克隆选择中的作用。Kataoka等人(2016年)的结论是,他们的发现不仅揭示了PDL1表达的一种新的调控机制,而且还表明PDL1 3质点UTR的破坏可以作为一种遗传标记物,用于识别通过PDL1过度表达主动逃避抗肿瘤免疫的癌症。
Dorand等人(2016年)在小鼠中证明,Cdk5(123831)可使髓母细胞瘤逃避免疫清除。干扰素-γ(IFNG;147570)诱导的Pdl1对髓母细胞瘤的上调需要Cdk5,而在髓母细胞癌小鼠模型中Cdk4表达的中断导致CD4+T细胞介导的强烈肿瘤排斥反应。Cdk5缺失导致Pdl1转录抑制因子、干扰素调节因子Irf2(147576)和Irf2bp2(615332)持续表达,这可能导致肿瘤上Pdl1表达降低。
Casey等人(2016)证明,MYC(190080)调节肿瘤细胞表面2种免疫检查点蛋白的表达:先天性免疫调节分化簇-47(CD47;601028)和适应性免疫检查点PDL1。小鼠肿瘤和人类肿瘤细胞中MYC的抑制导致CD47和PDL1 mRNA和蛋白水平的降低。发现MYC直接与Cd47和Pdl1基因的启动子结合。小鼠肿瘤中MYC失活下调CD47和PDL1的表达,增强抗肿瘤免疫反应。相反,当CD47或PDL1的强制表达使肿瘤中的MYC失活时,免疫反应受到抑制,肿瘤继续生长。因此,Casey等人(2016年)得出结论,MYC似乎通过免疫调节分子的调节启动并维持肿瘤发生。
Mezzadra等人(2017年)使用单倍体遗传筛查,确定CMTM6(607882)是PDL1蛋白的调节器。干扰CMTM6表达导致所有受试人类肿瘤细胞类型和原代人类树突状细胞中PDL1蛋白表达受损。此外,通过CMTM6缺陷细胞的单倍体遗传修饰物筛选和遗传互补实验,Mezzadra等人(2017)证明,该功能由其最近的家族成员CMTM4(607887)共享,而不是由任何其他被测CMTM成员共享。值得注意的是,CMTM6在不影响PDL1(也称为CD274)转录水平的情况下增加PDL1蛋白库。相反,Mezzadra等人(2017)证明CMTM6存在于细胞表面,与PDL1蛋白结合,减少其泛素化,并增加PDL1蛋白质半衰期。CMTM6增强PDL1表达肿瘤细胞抑制T细胞的能力,这与其在PDL1蛋白调节中的作用一致。Mezzadra等人(2017年)的结论是,他们的数据显示PDL1依赖CMTM6/4有效地执行其抑制功能,并提出了阻断此途径的潜在途径。
Burr等人(2017年)使用全基因组CRISPR-Cas9筛查,确定CMTM6是广泛癌症细胞中PDL1的关键调节因子。CMTM6是一种广泛表达的蛋白,可结合PDL1并维持其细胞表面表达。CMTM6不是PDL1成熟所必需的,但在质膜和再循环内体中与PDL1共定位,防止PDL1成为溶酶体介导降解的靶点。Burr等人(2017年)使用定量方法对整个质膜蛋白质组进行分析,发现CMTM6对PDL1具有特异性。值得注意的是,CMTM6缺失可降低PDL1,而不会影响MHC I类抗原的细胞表面表达。通过减少PDL1,CMTM6耗竭可显著减轻体内外肿瘤特异性T细胞活性的抑制。Burr等人(2017年)的结论是,他们的发现为PDL1调节的生物学提供了见解,确定了该关键免疫检查点的主调节器,并强调了克服肿瘤细胞免疫逃避的治疗靶点。
Zhang等人(2018)表明,PDL1蛋白丰度通过蛋白酶体介导的降解由细胞周期蛋白D(168461)-CDK4(123829)和cullin 3(603136)-SPOP(602650)E3连接酶调节。体内对CDK4和CDK6(603368)的抑制通过阻止细胞周期蛋白D-CDK4介导的SPOP磷酸化增加PDL1蛋白水平,从而通过促后期反应复合物激活剂FZR1(603619)促进SPOP降解。SPOP中的功能丧失突变破坏了泛素介导的PDL1降解,导致小鼠肿瘤和原发性人类前列腺癌标本中PDL1水平升高,肿瘤浸润淋巴细胞数量减少。值得注意的是,在小鼠肿瘤模型中,将CDK4/6抑制剂治疗与抗PD1免疫疗法相结合可以增强肿瘤消退并显著提高总生存率。Zhang等人(2018年)的结论是,他们的研究揭示了一种通过细胞周期激酶调节PDL1蛋白稳定性的新分子机制,并揭示了与CDK4/6抑制剂和PD1-PDL1免疫检查点阻断剂联合治疗以提高人类癌症疗效的潜力。
Chen等人(2018年)报告称,转移性黑色素瘤释放细胞外囊泡,主要以外泌体的形式存在,其表面携带PDL1。干扰素γ(IFNG;147570)刺激增加了这些囊泡上PDL1的量,这抑制了CD8 T细胞的功能并促进了肿瘤生长。在转移性黑色素瘤患者中,循环外体PDL1水平与IFNG水平呈正相关,并且在抗PD1治疗过程中有所变化。治疗早期循环外体PDL1增加的幅度,作为肿瘤细胞对T细胞再生的适应性反应的指标,将临床反应与非反应分层。Chen等人(2018)得出结论,他们的研究揭示了肿瘤细胞系统性抑制免疫系统的机制,并为应用外体PDL1作为抗PD1治疗的预测因子提供了理论基础。
Matsumoto等人(2004)使用小鼠过敏性哮喘模型研究了B7h1和B7dc(Pdcd1lg2)的作用。他们发现B7h1在幼年动物肺中的DC、巨噬细胞、B细胞和T细胞上的组成型表达。过敏原激发后,B7h1的表达显著增加。相反,B7dc的组成性表达较低,在过敏原激发后对DC有一些上调。在过敏原激发时,而不是在致敏时,用抗B7dc治疗小鼠,可显著增加气道高反应性和嗜酸性粒细胞增多,并增加Il5(147850)和Il13(147683)的生成,减少Ifng的生成。用抗Ifng预处理过的小鼠,但用抗B7h1或抗Pd1预处理过后,这些变化减弱。Matsumoto等人(2004年)得出结论,B7DC以IFNG依赖、PD1非依赖的方式参与哮喘反应的调节。