程序性死亡配體1與甲狀腺癌相關性研究進展

馬煒柯，丁國楠，周迪綜述 張弘審校

甲狀腺癌是內分泌系統最常見的惡性腫瘤，近幾十年來其發病率幾乎增加了3倍[1-2]，雖然大多數甲狀腺癌，主要是甲狀腺乳頭狀癌(85%～90%)具有惰性表現，然而5%～10%患者會出現遠處轉移，其5年生存率僅為 50%～55%，15%～30%患者會復發[3]。對于放射性碘難治性或晚期轉移患者，治療結果仍然普遍較差，此外，甲狀腺濾泡癌偶爾會出現轉移，甲狀腺未分化癌具有高度侵襲性，病死率幾乎100%，免疫靶向抑制劑很少有被證明對侵襲性甲狀腺癌有效[4]。程序性死亡配體1(PD-L1)在甲狀腺癌組織中的大量表達提示程序性死亡受體-1(PD-1)/PD-L1 信號通路在腫瘤免疫應答中發揮重要作用。自身免疫細胞可識別并清除機體的腫瘤細胞，內源性宿主免疫監視的破壞和腫瘤免疫逃逸的發生是腫瘤進展的一種機制。許多研究已經證實PD-L1廣泛表達于多種免疫細胞、上皮細胞以及腫瘤細胞上，腫瘤細胞表面表達的PD-L1與其受體PD-1相互作用，通過促進T細胞衰竭來抑制抗腫瘤免疫，從而促進腫瘤的發生發展。另外，PD-L1在腫瘤細胞和腫瘤微環境中的表達與多種途徑有關，強調了更好地理解調節PD-L1表達機制的必要性[5-6]。因此，筆者認為PD-L1可能是甲狀腺癌一種潛在的腫瘤標志物。本文綜述PD-L1在甲狀腺癌中的潛在作用機制及其與甲狀腺癌的相關性。

1 PD-L1結構和作用機制

PD-L1的基因定位于人染色體的9p24，編碼含有290個氨基酸的Ⅰ型跨膜蛋白，也稱為CD274，是B7家族的細胞表面糖蛋白，含有Ig-V和Ig-C樣細胞外結構域、跨膜結構域和不含有信號基序的細胞質尾部[7-8]。PD-L1和PD-1細胞外結構域之間的相互作用可以誘導PD-1構象發生變化，通過Src家族激酶使胞漿免疫受體酪氨酸抑制基序(immunoreceptor tyrosine-based inhibitory motif，ITIM)和免疫受體酪氨酸轉換基序(immunoreceptor tyrosine-based switch motif，ITSM)磷酸化，這些磷酸化的酪氨酸基序隨后募集SHP-1和SHP-2蛋白酪氨酸磷酸酶以減弱T細胞活化信號，促進免疫逃避和T細胞衰竭，這種反應在預防自身免疫的情況下是生理性的，但在慢性感染和癌癥中是病理性的，其可以拮抗細胞毒性免疫應答導致感染持續存在和/或腫瘤逃避免疫監視[9]。基于T細胞的免疫系統已經進化為識別和破壞異常細胞，例如病原體感染的細胞和癌細胞。 通過T細胞上的T細胞受體(TCR)與靶細胞上的肽——主要組織相容性復合物(MHC)的結合，檢測異常細胞。然而，這種相互作用的結果在很大程度上受一系列共刺激和共抑制受體及其配體(也稱為免疫靶點)的控制。在所有免疫靶點中，PD-L1/PD-1途徑因其在許多惡性腫瘤中作為治療靶點被證明有價值而脫穎而出，通過調節抗原特異性T細胞的數量和功能活性，從而在限制組織損傷和維持自身免疫耐受中起關鍵作用[7]。

2 PD-L1表達在甲狀腺癌中的潛在調節機制

2.1 通過遺傳改變調節PD-L1表達 基因組重排，包括染色體9p24.1中的基因擴增和易位可激活JAK2-STAT信號通路，使PD-L1轉錄和蛋白質高表達。根據PD-L1基因3'-UTR的調節作用，由于不同結構變異導致的該基因片段的丟失已在不同組織學腫瘤中被描述，并且與PD-L1的表達增加相關。Kataoka等[10]研究發現CRISPR Cas9對PD-L1基因3'-UTR的刪除作用導致細胞中PD-L1 mRNA穩定性增加，上調PD-L1表達以逃避免疫監視。此外，在小鼠腫瘤模型中發現，敲除PD-L1基因的3'-UTR可以促進腫瘤生長并逃避由細胞毒性T淋巴細胞(cytotoxic T lymphocytes，CTL)介導的免疫監視，使用PD-L1抗體可恢復CD8 CTL的作用。另外，位于染色體9p上的 Janus激酶(Janus kinase，JAK )擴增有助于通過增加IFN-γ受體信號傳導，或者通過增強促炎信號的轉導，從而實現促進PD-L1的表達[11]。

2.2 通過microRNAs 調節PD-L1表達 PD-L1蛋白水平也受到與PD-L1 mRNA的3'-UTR結合的微小RNA(microRNA，簡稱miRNA)的調節,由20～22個核苷酸組成的miRNA通過靶向作用于3'-UTR來促進mRNA轉錄物的切割，從而調節多種腫瘤抑制基因和癌基因的表達。許多研究證據表明，miRNA直接作用于PD-L1 mRNA的3'-UTR，以控制PD-L1的表達和抗腫瘤免疫。不同miRNA可調節不同組織中PD-L1 mRNA的表達，表明miRNA的異常表達在調節癌癥進展和免疫靶向治療中起著重要作用[12]。

2.3 通過轉錄水平調節PD-L1表達 越來越多的研究表明，各種上游信號通路可以在轉錄水平上調節PD-L1表達，各種信號主要通過激活轉錄因子參與控制PD-L1表達，這些轉錄因子直接結合PD-L1的啟動子區域以促進PD-L1表達[9]。

2.3.1 炎性反應信號介導的PD-L1調節：JAK及信號轉導和轉錄激活因子(signal transducer and activators of transcription，STAT)可誘導干擾素-γ(interferon-γ,IFN-γ)活化[11]。 IFN-γ通過與其受體的結合導致經典JAK-STAT途徑的信號傳導，從而誘導一系列轉錄因子，即干擾素反應因子(interferon-responsive factors，IRFs)的表達增加，其中IRF1可直接結合PD-L1啟動子以誘導PD-L1的轉錄，PD-L1的過量表達抑制抗腫瘤免疫[13-15]。 另外，細胞周期蛋白依賴性激酶5(cyclin-dependent kinase 5，CDK5)是一種在癌癥中高度表達的絲氨酸—蘇氨酸激酶，可通過其對IFN-γ信號通路的影響來調節PD-L1的表達。 Dorand等[16]研究發現神經管細胞瘤中IFN-γ誘導的PD-L1上調需要CDK5，而CDK5的缺失或失活導致腫瘤細胞中PD-L1表達的下調。此外，CDK5通過共阻遏物IRF2BP2的翻譯后修飾使IRF2(IRF1的競爭性阻遏物)不穩定，IRF2的不穩定表達導致其競爭性阻遏物IRF1介導的PD-L1表達上調。

另外，NF-κB是一種普遍表達于各種細胞的轉錄因子，NF-κB亞基的同源或異源二聚體RelA/p65和p50可導致NF-κB的活化，是INF-γ誘導PD-L1表達的重要介質。通過促進PD-L1的表達而加快細胞的增殖、活化以及血管的生成從而導致腫瘤的進展，研究發現使用NF-κB抑制劑, 可以阻斷INF-γ誘導的PD-L1的表達[17]。

2.3.2 缺氧介導的PD-L1調節： 腫瘤組織的迅速增長導致腫瘤細胞乏氧，從而激活一系列缺氧誘導因子(hypoxia-inducible factor，HIFs)，其中HIF-1介導腫瘤對缺氧的適應性反應，主要通過HIF-1α和HIF-1β的2個亞基進行,HIF-1α是功能性亞基，其穩定性由氧濃度以pVHL依賴的方式調節[18]。因此，HIF-1α在缺氧條件下上調，并且在腫瘤細胞存活中起重要作用。一些研究表明，缺氧誘導腫瘤細胞、骨髓衍生抑制細胞、樹突細胞和巨噬細胞中的PD-L1表達[19-21]，從機制上講，HIF-1α與PD-L1近端啟動子中的缺氧反應元件結合并誘導PD-L1的轉錄增加[22-23]。因此，缺氧會增加腫瘤細胞對CTL介導的裂解作用的抵抗力[19]。

2.3.3 C-myc介導的PD-L1 調節： 轉錄因子C-myc誘導參與不同功能基因的表達，包括細胞增殖、生長、分化和凋亡。研究發現 C-myc基因在許多癌癥類型中擴增，并且C-myc的上調被認為是促進癌癥發展的驅動力之一[24]。 腫瘤細胞模型中C-myc遺傳或藥理學滅活導致腫瘤細胞模型中PD-L1的表達降低，從而改善了抗腫瘤免疫應答[25]。 此外，染色質免疫沉淀分析顯示MYC可與PD-L1啟動子結合，表明PD-L1表達可以在轉錄水平由MYC直接調節[26-27]。

2.4 通過致癌信號通路調節PD-L1表達 通過某些致癌信號通路的異常影響PD-L1的表達，從而控制細胞存活、增殖和分化，是癌癥發生和發展的關鍵步驟。

2.4.1 MAPK通路在調控PD-L1表達作用： 絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)信號傳導途徑可在多種腫瘤進展過程中發生突變和過度活化，MAPK途徑主要由細胞外信號調節激酶(extracellular regulated protein kinases，ERK)，c-Jun氨基末端激酶(c-Jun amino-terminal kinases, JNKs)和p38介導[28]。MAPK通路的激活可以直接調節PD-L1的表達，促進腫瘤細胞逃脫機體的免疫監視，MAPK / ERK途徑也可以通過激活轉錄因子c-Jun來增加PD-L1表達，多項研究結果顯示MAPK途徑組分的藥理學抑制可改善抗腫瘤反應，證明MAPK致癌信號通路激活可促進腫瘤發展和免疫治療抵抗[29-31]，MAPK信號通路的改變可誘導PD-L1表達的上調。另外，有研究證實MAPK通路可以通過激活細胞表皮生長因子受體(epithelial growth factor receptor，EGFR)來調節PD-L1的表達，從而促進癌癥的發生發展[32]。

2.4.2 PI3K通路在調控PD-L1表達中作用：在癌癥中經常發現導致磷脂酰肌醇3-激酶(phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K)途徑過度活化的基因改變，包括同源性磷酸酶—張力蛋白(phosphatase and tensin homolog，PTEN)的缺失或失活，PI3K催化和調節亞基的突變和/或上調，以及上游激活劑K-RAS以及下游效應物AKT和PDK1的改變[33-34]。PTEN的活性降低導致PI3K活化并增加PD-L1表達，部分通過提高腫瘤細胞中的PD-L1蛋白翻譯率來增加PD-L1表達，導致腫瘤免疫抵抗和逃避[35]。

2.5 通過翻譯后修飾調節PD-L1表達 蛋白質翻譯后修飾(post-translational modifications，PTM)，包括泛素化、磷酸化、糖基化、甲基化和乙?；?，對于控制各種細胞的生理病理過程至關重要，包括腫瘤形成、轉移和抗腫瘤免疫[36]。多項研究證據表明，PD-L1也經歷不同的PTM，影響其穩定性及其生理和病理功能。泛素—蛋白酶體系統(ubiquitin-proteasome system，UPS)促進蛋白質泛素化和降解，以控制各種細胞過程和疾病的發生發展，包括免疫監視和腫瘤發生。 UPS的降解由活化酶(E1)，結合酶(E2)和連接酶(E3)3種不同作用的酶連續催化，這些酶導致多泛素鏈與靶蛋白上的賴氨酸殘基共價連接，這可以被26S蛋白酶體復合物識別以促進其降解[37-38]。 Burr等[39]發現CMTM6是PD-L1表達的正調節因子，CMTM6與細胞表面的PD-L1相互作用，抑制PD-L1多泛素化，從而增加PD-L1的半衰期。針對上游調節因子比如CMTM6，降低PD-L1表達可能是PD-1 / PD-L1免疫靶向治療的替代策略。

3 PD-L1與甲狀腺癌相關性研究

3.1 PD-L1與甲狀腺癌生物學行為的相關性 甲狀腺癌的侵襲性和轉移等臨床特征可以提示腫瘤預后較差，某些基因改變也可能影響甲狀腺癌的進展。在乳頭狀甲狀腺癌(PTC)中，PD-L1表達發生在約50%的腫瘤中，并且與無病生存率降低密切相關[40-41]。

Cunha等[42]研究結果顯示甲狀腺癌組織中的PD-L1染色與良性甲狀腺組織相比明顯增加，French等[43]發現伴有淋巴結轉移的甲狀腺乳頭狀癌富含PD-L1，提示PD-L1與甲狀腺癌淋巴結轉移密切相關。另外在濾泡性甲狀腺癌和甲狀腺未分化癌中，PD-L1表達更為頻繁，染色強度更強，所有PD-L1陽性的未分化甲狀腺癌均顯示出更顯著的PD-L1染色強度，在≥80%的腫瘤細胞中呈陽性[4,44]。多項研究結果顯示，發病年齡是預測PTC預后的獨立危險因素[45-46]。有研究發現PD-L1在高年齡組(>55歲)的陽性表達率高于低年齡組，并且PD-L1蛋白的表達與腫瘤直徑及AJCC臨床分期有關[47]。因此，筆者認為PD-L1可以作為判斷PTC臨床特征及預后的重要指標之一，通過研究PD-L1與甲狀腺癌臨床特征的關系，可為甲狀腺癌尋找新的分層依據，并確定其作為甲狀腺癌的腫瘤標志物的潛力。

3.2 PD-L1是甲狀腺癌潛在的治療靶點 雖然大多數乳頭狀甲狀腺癌具有惰性臨床表現，但診斷為晚期甲狀腺癌的患者預后較差，遠處轉移與10年總生存率<50%密切相關[48]。甲狀腺濾泡癌容易出現骨轉移，甲狀腺未分化癌具有高度侵襲性，病死率幾乎達到100%，很少有靶向治療被證明對侵襲性甲狀腺癌有效，對于這些患者，需要尋求新的治療策略。在所有免疫靶向治療中，PD-L1/PD-1途徑因其在許多惡性腫瘤中作為治療靶點被證明有價值。

目前，針對PD-L1/PD-1軸的抗體正在1 000多項臨床試驗中進行評估，并已被批準用于多種癌癥的免疫靶向治療，包括黑色素瘤、非小細胞肺癌、腎細胞癌、霍奇金淋巴瘤、膀胱癌、頭頸部鱗狀細胞癌、Merkel細胞癌和微衛星不穩定性高或錯配修復缺陷實體瘤[49-52]。PD-L1在部分晚期甲狀腺癌患者中高度表達，例如濾泡性和甲狀腺未分化癌，PD-L1表達的測定可能與難治性甲狀腺癌患者具有直接的治療相關性[4，53]。因此，筆者認為準確檢測侵襲性甲狀腺癌中PD-L1陽性的腫瘤，對于確定其是否能從抗PD-L1治療中獲益非常重要，阻斷PD-1/PD-Ll的信號傳導途徑有望成為腫瘤免疫靶向治療的新前景，同時，了解PD-L1的作用機制及調節機制可為尋找新的治療靶點及臨床研究提供理論依據。

4 總結與展望

近年來，免疫靶向治療成為腫瘤治療研究的熱點之一，PD-1/PD-L1相互作用是影響腫瘤細胞逃避機體免疫監視的重要機制之一。關于PD-L1與多種腫瘤相關性的研究已經取得了很大的進步，PD-L1的過量表達與多數腫瘤的臨床特征、預后及無病生存期縮短密切相關，以PD-L1 為靶點的免疫靶向治療已廣泛應用于臨床多種腫瘤的治療，并且取得了顯著的效果，PD-L1已經成為一種潛在的新型腫瘤標志物，并且為免疫靶向治療提供了一種有前景的選擇。

目前，關于甲狀腺癌免疫靶向治療的研究非常少，很少有免疫靶向藥物治療對甲狀腺癌有效。伴隨著PD-L1與甲狀腺癌相關性的不斷研究，可為甲狀腺癌診斷提供更精準的判定指標，免疫靶向治療可為放射性碘難治性、晚期甲狀腺癌的患者提供新的治療策略。