PD-L1在癌症治疗中的空间异质性表达

文章信息

英文标题：Challenges Coexist with Opportunities: Spatial Heterogeneity Expression of PD-L1 in Cancer Therapy
期刊：Adv Sci (Weinh). 2023 Nov 7:e2303175. Online ahead of print.
影响因子：1区15.1
DOI:  10.1002/advs.202303175
研究领域：免疫治疗

文献概述

背景：PD-L1不仅存在于肿瘤细胞膜中，还存在于细胞质、外泌体甚至细胞核（包括mPD-L1、cPD-L1、nPD-L1和exoPD-L1）中。其中，PD-L1在肿瘤中的动态和空间异质性表达是PD-L1抗体疗效不理想的主要原因。这些新靶点的小分子调节剂（such as degraders, down-regulators, and covalent inhibitors）的开发，为潜在的PD-L1治疗策略提供了新的视角。

文献内容

图1：PD-L1“空间异质性表达”示意图。PD-L1 在内质网（ER）中合成，然后在高尔基体中修饰。然后要么驻留在细胞质中（cPD-L1），要么进入细胞核（nPD-L1），要么分泌到细胞外（sPD-L1），要么转运到细胞膜 （mPD-L1）。cPD-L1和nPD-L1统称为细胞内PD-L1。mPD-L1还可以内吞进入细胞质并将外泌体分泌到细胞外环境中（exoPD-L1）。除此之外，mPD-L1通过直接向外出芽（mvPD-L1）形成微囊泡。总的来说，PD-L1 处于高度动态状态。

1.PD-L1结构及其功能

PD-L1的不同亚细胞位置表现出不同的构象。mPD-L1通常具有全长氨基酸序列和复杂的三级构象。但cPD-L1的结构域通常部分缺失，例如跨膜结构域缺失和N端结构域缺失。经典PD-L1，指mPD-L1，通常以跨膜蛋白的形式存在，主要以PD-1依赖性方式调节癌症免疫活性。PD-L1的非典型形式，特别是 cPD-L1、nPD-L1和exoPD-L1，表现出与肿瘤细胞增殖、免疫反应、DNA 损伤反应和基因表达控制密切相关的独特生物学功能，这些效应包括PD-1依赖性通路和PD-L1不依赖性通路。

图2：PD-L1在癌细胞中的细胞内功能。a） 全长PD-L1的结构包含信号肽、跨膜区和细胞质尾区。b） mPD-L1 和 cPD-L1 细胞内信号通路和功能。考虑到整个情况很复杂，没有区分不同位置的PD-L1结构，而是采用相同的全长PD-L1结构来代表所有PD-L1。

图3：PD-1或其他受体对mPD-L1的识别触发细胞信号通路，进而激活邻近细胞的共同信号通路。

mPD-L1可以与非PD-1蛋白结合，例如CD80和整合素。CD80 通常存在于抗原呈递细胞表面，是介导CTLA-4的主要配体。mPD-L1可以在同一细胞内（顺式相互作用，抑制结合，消除免疫抑制并激活T细胞）或相邻细胞之间（反式相互作用，抑制T细胞活化）与CD80相互作用，从而产生完全不同的生物学行为。整合素，主要是整合素β4（ITGB4）和整合素β6（ITGB6），也可以与mPD-L1结合，然后激活AKT/GSK3β通路和AKT/FAK信号通路，从而产生细胞迁移和侵袭能力。

1.1 cPD-L1的功能

①cPD-L1的主要功能与免疫系统无关。cPD-L1 的这种非免疫功能对于调节促进肿瘤生长和抗癌治疗耐药性的几种细胞过程至关重要。
②cPD-L1 调节肿瘤细胞增殖、凋亡以及对化疗和放疗的耐药性。cPD-L1的关键功能之一是它能够保护肿瘤细胞免受化疗和放疗的细胞毒性作用。
③调节多种炎症反应，包括COX2和STAT3，促进肿瘤的存活和生长。

1.2 nPD-L1的功能

①nPD-L1可以增强肿瘤细胞中免疫相关和促炎相关基因的表达，导致肿瘤进展。
②nPD-L1 可以作为一种关键的核蛋白，在不与PD-1结合的情况下促进免疫非依赖性细胞增殖。
③nPD-L1表达与肿瘤进展和预后不良密切相关。

1.3 细胞外PD-L1的功能

几种不同形式的细胞外PD-L1，例如来自细胞培养物和人血清的上清液，包括exoPD-L1，微囊泡PD-L1（mvPD-L1）和可溶性PD-L1（sPD-L1，其包含PD-L1的单体脱落形式和PD-L1的二聚体剪接变体）。
①一方面，exoPD-L1被癌细胞分泌到远端组织，附着在T细胞表面的PD-1上，进而抑制免疫系统。另一方面，exoPD-L1有效阻碍了T细胞的活化和增殖。exoPD-L1还可能作用于巨噬细胞的极化。
②ExoPD-L1 导致对化疗药物的耐药性，并作为临床预后的指标发挥作用。
③sPD-L1 可损害T细胞活力并产生免疫治疗耐药性。
④sPD-L1 倾向于同源二聚化，在抑制T淋巴细胞活化方面比单体sPD-L1更有效。
⑤sPD-L1具有不同于其他形式的PD-L1的独特作用机制。

2.mPD-L1表达调控机制及肿瘤治疗策略

图4：mPD-L1调节机制和治疗策略。mPD-L1表达水平不断波动，具有根据生理需求刺激或抑制合成的机制。在正常生理学的背景下，mPD-L1可以通过泛素酶（蓝色椭圆形）和相关蛋白（深蓝色椭圆形）促进的降解途径下调。但肿瘤细胞可以调用各种机制来上调mPD-L1，例如促进其合成和抑制其降解（紫色椭圆形、黄色小椭圆形和绿色多边形）。此外，红色箭头代表降解过程的预防，红色小多边形表示靶向相应靶标的小分子调节剂。

目前靶向mPD-L1的疗法可分为两个主要领域：灭活或降解mPD-L1的直接策略，以及靶向相关信号通路间接调节mPD-L1的间接策略（例如泛素化、乙酰化/脱乙酰化和棕榈酰化可以调节mPD-L1的水平）。

表1：用于mPD-L1抑制/降解的治疗

3.cPD-L1表达调控机制及治疗策略

图5：cPD-L1表达调控机制和治疗策略。机体可以通过各种信号通路调节cPD-L1的含量。cPD-L1下调主要由泛素化-蛋白酶体途径介导，蓝色椭圆形代表E3泛素化连接酶。cPD-L1上调机制包括抑制E3泛素化连接酶（紫色椭圆形代表可抑制E3泛素化连接酶活性的激酶）、去除泛素链（黄色椭圆形代表去泛素化酶）和稳定修饰cPD-L1（粉红色椭圆形代表糖基化修饰酶，可保护cPD-L1免受泛素化修饰）。红色小多边形表示靶向相应靶标的小分子调节剂。

cPD-L1主要来源于两个来源：一个来源于回收的mPD-L1，另一个来源于细胞质中新合成的PD-L1。消耗或降解cPD-L1或“回收”mPD-L1不仅抑制促癌信号传导，而且还阻断cPD-L1蛋白向细胞膜的转运。因此，cPD-L1可以成为更有效的治疗靶点，有望产生更大的抑制作用，从而促进T细胞的活化。大多数策略通过调节相关的信号通路来调节cPD-L1含量，包括泛素化/去泛素化、糖基化和磷酸化调节，从而影响肿瘤免疫反应。

表2：用于cPD-L1抑制/降解的治疗

4.exoPD-L1表达调控机制及治疗策略

图6：肿瘤治疗的ExoPD-L1表达调控机制和治疗策略。ExoPD-L1不仅可以来源于mPD-L1，还可以来源于高尔基体中新合成的cPD-L1。此外，一些细胞因子，如TGF-β和IFN-γ，也可以促进exoPD-L1的产生。绿色多边形表示参与调节 exoPD-L1 的酶，红色小多边形表示靶向相应靶标的小分子调节剂。

针对 exoPD-L1 的有效治疗药物的开发仍处于起步阶段，目前尚无直接针对 exoPD-L1 的治疗策略。现有的治疗药物几乎完全使用外泌体抑制剂（产生、分泌和成熟）来抑制外泌体的产生。

表3：用于exoPD-L1抑制/降解的治疗

总结

• 抗PD-L1抗体仅阻断mPD-L1，使非经典PD-L1形式（在细胞质、细胞核和外泌体中）未得到解决，导致治疗效果欠佳。

• PD-L1分为mPD-L1、cPD-L1、nPD-L1和exoPD-L1，关系是动态的。例如，在内质网和高尔基体中合成后，PD-L1可以转运到细胞膜上。mPD-L1也可以通过内吞作用进入细胞质成为cPD-L1，或分泌到细胞外空间成为exoPD-L1。

• 联合疗法和靶向上下游