Gut：PD-1也进化了！香港大学团队找到肝癌对PD-1抑制剂耐药新机制

作为最常见的消化系统恶性肿瘤之一，肝细胞癌（HCC）已成为全球癌症相关死亡的第四大原因，是严重威胁人类健康的重大疾病[1]。

 

近年来，以靶向PD-1为代表的免疫检查点抑制剂（ICIs），在肿瘤治疗中取得了令人瞩目的成绩。然而，多数HCC患者对PD-1抑制剂治疗的响应较弱，并不能提供满意的临床疗效，这很大程度上限制了PD-1抑制剂在HCC治疗中的临床应用[2]，不过目前HCC患者对PD-1抑制剂耐药的机制，仍然未被充分阐明。

 

近日，由陈志伟教授牵头的香港大学研究团队，在著名期刊Gut发表了一项最新研究成果[3]，阐明了PD-1亚型∆42PD-1在HCC进展和纳武利尤单抗耐药中的作用，为这一问题的解决迈出了重要一步。

 

陈志伟教授团队基于HCC患者队列和单细胞测序分析发现：Δ42PD-1⁺T细胞在HCC患者中比例明显升高，与PD-1⁺T细胞相比，这类细胞的肿瘤杀伤功能受到进一步抑制，且与HCC病情严重程度相关。

 

更重要的是，研究团队还发现Δ42PD-1与HCC患者对PD-1抑制剂治疗耐药相关，靶向Δ42PD-1的单克隆抗体在小鼠模型中显示出较好的治疗效果，Δ42PD-1有望成为HCC的治疗新靶点。

 

论文首页截图

 

Δ42PD-1是PD-1的一种可变剪切亚型，先前的研究表明，与PD-1不同，Δ42PD-1并不通过与PD-L1/L2的相互作用发挥其生物学功能[4]。靶向PD-1和Δ42PD-1的单克隆抗体并不能相互识别[5]。这表明PD-1抑制剂在治疗∆42PD-1介导的疾病时可能疗效有限。

 

那么∆42PD-1是否在肿瘤进展中发挥作用呢？它是否与HCC对PD-1抑制剂耐药有关呢？∆42PD-1能否作为肿瘤免疫治疗新靶点呢？这些问题引起了陈志伟教授等人的注意。

 

为了研究Δ42PD-1在HCC发生发展及免疫治疗中的作用，研究人员首先建立起一个由74名HCC患者组成的研究队列，其中包括：接受根治性切除的HCC患者41名（cohort 1）；接受纳武利尤单抗治疗的HCC患者28名（cohort 2）；接受帕博利珠单抗治疗的HCC患者5名（cohort 3）。研究人员收集了这些患者的肿瘤组织、癌旁正常组织以及外周血单个核细胞（PBMC）以开展相关研究。

 

患者招募及样本收集流程

 

研究人员首先检测了不同患者PBMC中CD3⁺T细胞上Δ42PD-1和PD-1的表达，发现与健康受试者相比，HCC患者PBMC中Δ42PD-1⁺T细胞比例明显升高，主要以Δ42PD-1⁺CD8⁺T细胞为主。部分患者Δ42PD-1⁺CD8⁺CTL甚至占到了总CD8⁺T细胞的70%。

 

研究人员进一步分析了Δ42PD-1在HCC患者肿瘤微环境（TME）中的浸润水平：与正常组织相比，HCC肿瘤组织中Δ42PD-1⁺T细胞浸润水平升高；不管是在PBMC还是肿瘤组织中，Δ42PD-1⁺T细胞与PD-1⁺T细胞的浸润呈明显负相关关系。此外，Δ42PD-1⁺T细胞浸润水平还与HCC患者更高的肿瘤分期相关。

 

那么，Δ42PD-1是否与T细胞功能调控有关呢？Δ42PD-1⁺T细胞与PD-1⁺T细胞在生物学功能上有什么差异呢？

 

研究人员收集了HCC患者PBMC中的PD-1⁺，Δ42PD-1⁺以及Δ42PD-1^-PD-1^-T细胞进行单细胞测序，结果发现，Δ42PD-1⁺T细胞与PD-1⁺T细胞具有不同的基因表达谱和功能状态。与PD-1⁺T细胞相比，Δ42PD-1⁺T细胞表现出更强的细胞应激反应和细胞耗竭水平，同时细胞增殖和细胞毒性受到抑制。

 

HCC患者中Δ42PD-1⁺T细胞水平升高

 

Δ42PD-1⁺T细胞与PD-1⁺T细胞表现出不同的细胞功能状态

 

研究人员进一步通过体外实验，分析了Δ42PD-1⁺T细胞与PD-1⁺T细胞的功能差异：与PD-1⁺T细胞相比，Δ42PD-1⁺T细胞VISTA、Tim-3、CD244以及LAG3等抑制性分子的表达水平更高，而IFN-γ、IL-2、TNF-α等细胞因子分泌和细胞增殖水平明显弱于PD-1⁺T细胞。

 

这些结果表明，Δ42PD-1⁺T细胞的功能受到了进一步的抑制，那么PD-1⁺T细胞是否与HCC患者对PD-1抑制剂的耐药相关呢？

 

研究人员发现，在接受PD-1抑制剂治疗后，HCC患者PBMC中Δ42PD-1⁺T细胞比例呈升高趋势，这种升高趋势在那些治疗不敏感的患者中更为明显。这表明PD-1抑制剂并不能针对Δ42PD-1⁺T细胞发挥作用。

 

接受PD-1抑制剂治疗后，HCC患者PBMC中Δ42PD-1⁺T细胞比例升高

 

研究人员又对接受纳武利尤单抗治疗前后患者的PBMC进行单细胞测序，发现对于Δ42PD-1⁺CD4⁺T细胞来说，治疗后细胞耗竭水平明显升高；而对于Δ42PD-1⁺CD8⁺T细胞来说，治疗前后表现出相似的耗竭水平。两类细胞在治疗前后均表现出较低的增殖水平。

 

纳武利尤单抗治疗前后Δ42PD-1⁺T细胞功能变化

 

以上结果均提示，Δ42PD-1⁺T细胞与PD-1抑制剂治疗耐药相关。那么靶向Δ42PD-1的单克隆抗体，能否像PD-1抑制剂一样调节抗肿瘤免疫、抑制肿瘤进展呢？

 

为了解决这一问题，研究人员建立了免疫系统人源化的HCC小鼠模型，接着使用靶向Δ42PD-1的单抗CH101治疗小鼠，结果发现与纳武利尤单抗治疗组和对照组相比，CH101对肿瘤的抑制作用更为显著。

 

意外的是，研究人员发现CH101的治疗作用依赖于TLR4的表达，在TLR4敲除的小鼠中CH101并不能抑制肿瘤生长。

 

CH101对小鼠HCC模型显示出更强的抑制作用

 

TLR4是Toll样受体家族成员，与病原微生物感染后的炎症反应有关[6]。TLR4信号通路的活化在HBV/HCV等病原微生物诱导的HCC进展[7]以及肿瘤免疫反应[8]发挥重要作用。

 

之前的研究发现，Δ42PD-1参与TLR4信号通路的活化[9]。那么在HCC中，Δ42PD-1是否也通过同样的方式发挥作用呢？

 

通过体内体外实验表明，Δ42PD-1可以激活HCC中TLR4信号通路，进一步诱导IL-6等促炎因子的产生，进而促进HCC进展。CH101可以通过阻断Δ 42PD-1/TLR4信号传导发挥治疗作用。

 

CH101通过抑制TLR4信号通路发挥治疗作用

 

总的来说，这项研究首次阐释了表达PD-1剪切亚型Δ42PD-1的T细胞的功能，以及它们在HCC进展及PD-1抑制剂治疗中的作用，有望为HCC治疗提供新的治疗靶点及潜在药物，同时这项研究的成果和思路也值得进一步推广，比如寻找其它由Δ42PD-1调节的肿瘤，乃至其它肿瘤中调节抗肿瘤免疫的PD-1亚型，都是非常有探索潜力的。

参考文献：

[1]Llovet JM, Kelley RK, Villanueva A, et al. Hepatocellular carcinoma[J]. Nat Rev Dis Primers, 2021, 7 (1):6. DOI:10.1038/s41572-020-00240-3. 

[2]Finn RS, Ryoo BY, Merle P, et al. Pembrolizumab As Second-Line Therapy in Patients With Advanced Hepatocellular Carcinoma in KEYNOTE-240: A Randomized, Double-Blind, Phase III Trial[J]. J Clin Oncol, 2020, 38 (3):193-202. DOI:10.1200/jco.19.01307. 

[3]Tan Z, Chiu MS, Yang X, et al. Isoformic PD-1-mediated immunosuppression underlies resistance to PD-1 blockade in hepatocellular carcinoma patients[J]. Gut, 2022. DOI:10.1136/gutjnl-2022-327133. 

[4]Zhou J, Cheung AK, Liu H, et al. Potentiating functional antigen-specific CD8⁺ T cell immunity by a novel PD1 isoform-based fusion DNA vaccine[J]. Mol Ther, 2013, 21 (7):1445-1455. DOI:10.1038/mt.2013.63. 

[5]Cheng L, Tang X, Liu L, et al. Monoclonal antibodies specific to human Δ42PD1: A novel immunoregulator potentially involved in HIV-1 and tumor pathogenesis[J]. MAbs, 2015, 7 (3):620-629. DOI:10.1080/19420862.2015.1016695. 

[6]Seki E, De Minicis S, Osterreicher CH, et al. TLR4 enhances TGF-beta signaling and hepatic fibrosis[J]. Nat Med, 2007, 13 (11):1324-1332. DOI:10.1038/nm1663. 

[7]Dapito DH, Mencin A, Gwak GY, et al. Promotion of hepatocellular carcinoma by the intestinal microbiota and TLR4[J]. Cancer Cell, 2012, 21 (4):504-516. DOI:10.1016/j.ccr.2012.02.007. 

[8]Andreani V, Gatti G, Simonella L, et al. Activation of Toll-like receptor 4 on tumor cells in vitro inhibits subsequent tumor growth in vivo[J]. Cancer Res, 2007, 67 (21):10519-10527. DOI:10.1158/0008-5472.Can-07-0079. 

[9]Cheung AKL, Kwok HY, Huang Y, et al. Gut-homing Δ42PD1(+)Vδ2 T cells promote innate mucosal damage via TLR4 during acute HIV type 1 infection[J]. Nat Microbiol, 2017, 2 (10):1389-1402. DOI:10.1038/s41564-017-0006-5.