PD-1和PD-L1还分不清楚？看完通透！
PD-1和PD-L1还分不清楚？看完通透！
PD-1和PD-L1是当前免疫治疗领域的热门话题，它们在癌症治疗中发挥着重要作用。本文将从定义、作用机制、药物设计差异、临床应用等多个维度，全面解析PD-1和PD-L1之间的区别，帮助读者更好地理解这一前沿生物技术。
PD-1和PD-L1是什么？
PD-1
PD-1（CD279）是一种由288个氨基酸残基组成的I型跨膜蛋白，属于CD28家族。它广泛表达于多种免疫细胞上，如活化的T细胞、B细胞、NK细胞和DC细胞。在许多癌症类型中，PD-1在大部分肿瘤浸润淋巴细胞（TIL）上表达。其结构包括细胞外IgV结构域、疏水性跨膜结构域和细胞质尾部结构域，其中包含着免疫受体酪氨酸抑制基序（ITIMs）和免疫受体酪氨酸开关基序（ITSM）。
PD-L1
PD-L1（CD274）是PD-1的配体，即可以与PD-1配对结合的蛋白。它由290个氨基酸残基组成，主要包括短细胞质尾区、跨膜区和IgV和IgC样胞外结构域。PD-L1在肿瘤细胞和抗原呈递细胞（APC）中表达。PD-L1除了会表达在肿瘤表面，参与免疫逃逸，还会在IFN-γ刺激下，表达在抗原提呈细胞（DC细胞、巨噬细胞等），以及血管内皮细胞的表面。
图1 PD-1、PD-L1和PD-1/PD-L1结合的结构图
PD-1及其配体PD-L1通路控制肿瘤微环境中免疫耐受的诱导和维持。PD-1/PD-L1的活性负责癌症中T细胞的活化、增殖和细胞毒性分泌，从而降低退化的抗肿瘤免疫反应。
图2 PD-1/PD-L1通路抑制癌细胞内的T细胞活化、增殖、存活和细胞毒性分泌
阻断PD-1/PD-L1途径的治疗已经成为癌症免疫治疗的焦点。PD-1单抗和PD-L1单抗，是用来进行癌症免疫治疗的药物，PD-1单抗或PD-L1单抗阻断PD-1与PD-L1的结合，恢复T细胞肿瘤活性，激活T细胞，杀伤肿瘤细胞。一旦抗肿瘤免疫循环建立，可以产生持久的抗肿瘤效应。目前国内有多款PD-1抑制剂/PD-L1抑制剂获批上市。
PD-1和PD-L1的作用机制
在正常情况下，人体的免疫系统具有免疫监视功能。当恶性细胞出现时，人体的T细胞能够识别并且杀灭肿瘤，以防止肿瘤生长。T细胞的活化主要依赖于双信号。第一个信号包括主要组织相容性复合体（MHC）呈递抗原与T细胞受体（TCR）的结合；第二个信号由共刺激和共抑制信号构成。
图3 T细胞的共刺激和抑制信号
T细胞上的PD-1与肿瘤细胞或APC上的PD-L1结合后，PD-1的ITIMs和ITSM被磷酸化，蛋白酪氨酸磷酸酶SHP-2（Src同源磷酸酶2）被募集并激活，有效抑制T细胞活化，甚至导致T细胞凋亡、细胞因子产生减少、T细胞裂解和诱导抗原耐受性，从而使肿瘤逃避免疫监视。PD-1/PD-L1抑制剂分别与PD-1或PD-L1结合，阻止PD-1与PD-L1之间的相互作用，恢复免疫细胞的识别和杀伤作用，避免肿瘤细胞的免疫逃逸。
图4 抗PD1/PD-L1免疫疗法的反应机制
PD-1抑制剂和PD-L1抑制剂区别
药物结构不同
PD-1抑制剂大多为IgG4抗体，靶细胞为T细胞，PD-1抑制剂影响的是免疫T细胞的功能。IgG4抗体结构稳定性较差，因此几乎所有的PD-1抑制剂进行了修饰增加稳定性，不够完美的修饰，可能会导致不良反应的发生。PD-L1抑制剂大多为IgG1抗体，靶细胞为肿瘤细胞，PD-L1抑制剂影响的是肿瘤细胞。IgG1单抗是最常用的单抗，半衰期长，稳定性好。
作用机制不同
图5 PD-1和PD-L1单抗的作用机制图
PD-1抑制剂与T细胞表面的PD-1相结合，阻断PD-1：PD-L1/PD-L2的结合，解除T细胞的活化和增值抑制，使肿瘤特异性T细胞处于活化状态，恢复T细胞的杀伤功能；PD-1抑制剂同时阻断了T细胞表面的PD-1与免疫细胞表面的PD-L1、PD-L2结合，增加潜在自身免疫反应风险。
PD-L1抑制剂相比PD-1抑制剂同时结合肿瘤细胞与抗原呈递细胞表面的PD-L1，整体免疫疗效更强，恢复T细胞介导的抗肿瘤免疫作用，且不影响PD-L2的生理功能；PD-L1抑制剂具有阻断肿瘤细胞表面PD-L1与T细胞表面B7-1的结合能力，有利于全面激活T细胞；抑制剂树突状细胞表面的B7-1分子与自身高表达的PD-L1结合，因而难以结合CD28启动免疫激活，PD-L1抑制剂解除DC细胞的自我抑制，进一步强化抗肿瘤免疫应答；PD-L1单抗定向阻断PD-L1与PD-1的结合，保留巨噬细胞PD-L2的功能，避免ILD等副作用的发生。
不良反应发生率不同
免疫检查点抑制剂在提高对肿瘤细胞的杀伤作用的同时，活化的T细胞攻击正常组织、自身抗体增加，细胞因子增加等诱发自身免疫炎症，产生一系列免疫治疗相关不良反应（irAEs）。与PD-1抑制剂相比，PD-L1抑制剂的3级以上不良反应事件的发生率较低，这可能和PD-L1抑制剂还保留了PD-L2通路有关，维持巨噬细胞PD-L2的局部稳态，减少相关不良反应的发生。
2019年JAMA Oncol上一项Meta分析纳入125项应用PD-1/PD-L1单药的临床研究，以评估PD-1抑制剂和PD-L1抑制剂治疗相关不良反应事件的发生率，研究数据显示：接受PD-1抑制剂治疗的患者3级及以上不良反应事件发生率高于接受PD-L1抑制剂的患者（OR, 1.58; 95% CI, 1.00-2.54）
表1 PD-1抑制剂和PD-L1抑制剂不良反应事件的发生率
一项Meta分析系统性分析了23个非小细胞肺癌免疫TH的临床研究，PD-1抑制剂12项，PD-L1抑制剂11项，研究数据显示：PD-1单抗免疫相关不良反应事件的发生率更高，（16% vs 11%，p=0.07）；间质性肺炎发生率：PD-1抑制剂是PD-L1抑制剂的两倍，有显著性意义（4% vs 2%，p=0.01）。
基于PD-1/PD-L1信号通路的小分子抑制剂
抗体药物口服生物利用度差、组织滞留时间和半衰期长、价格昂贵且储存运输不便等，限制了PD-1/PD-L1抗体药物的临床应用。与抗体相比，小分子抑制剂更适合口服给药，可以通过调节药物的半衰期来减少靶点占用时间，从而避免严重免疫相关不良事件的发生。
（1）肽基小分子抑制剂
AUNP-12是一种支链29个氨基酸肽，可被改造为包含人PD-1蛋白的细胞外PD-1结合域的一些序列，推测其可能结构如图7a。D型肽DPPA-1，由12个氨基酸组成如图7e，对PD-L1具有特异性亲和力。TPP-1多肽，由22个氨基酸组成如图7f，与PD-L1的结合的Kd达到74 nmol/L。
图7 靶向PD-1和PD-L1的肽基小分子抑制剂
（2）非肽类小分子抑制剂
科学家基于PD-1:PD-L1相互作用的机制，开发了一系列联苯衍生物,旨在通过阻断PD-1/PD-L1结合来克服由PD-1和PD-L1激活引起的免疫拮抗性疾病。
图8 靶向PD-1/PD-L1的非肽基小分子抑制剂
PD-1/PD-L1抑制剂联合治疗
为了克服对PD-1/PD-L1抑制剂的低反应性，一种有希望的策略是将其与其他针对不同途径的抗肿瘤药物联合使用，以增强肿瘤微环境的免疫原性。例如，联合使用PD-1/PD-L1抑制剂和CTLA-4抑制剂、VEGF/VEGFR抑制剂、MEK抑制剂，以及信号转导和转录激活因子3（STAT3）抑制剂、细胞毒性化疗和放疗等，可以减少肿瘤的免疫逃逸。一般来说，与单独使用药物相比，联合治疗是安全的，并且没有明显的不良事件发生。联合策略涉及PD-L1/PD-1阻断仍然是未来研究的重点。
近年来，以PD-1/PD-L1抑制剂为代表的免疫检查点抑制剂在肿瘤免疫治疗方面取得突破性进展，给肿瘤患者带来生存的获益。
在中国，不同的PD-1/PD-L1抑制剂获批的适应症不同，患者在选择用药时，需要按照适应症和指南推荐进行合理化使用。
参考文献
[1] Han Y, Liu D, Li L. PD-1/PD-L1 pathway: current researches in cancer. Am J Cancer Res. 2020,10(3): 727-742.
[2] Tang Q, Chen Y, Li X, et al. The role of PD-1/PD-L1 and application of immune-checkpoint inhibitors in human cancers. Front Immunol. 2022, 13: 964442. doi: 10.3389/fimmu.2022.964442.
[3] Wang Y, Zhou S, Yang F, et al. Treatment-Related Adverse Events of PD-1 and PD-L1 Inhibitors in Clinical Trials: A Systematic Review and Meta-analysis. JAMA Oncol. 2019, 5(7): 1008-1019. doi: 10.1001/jamaoncol.2019.0393.
[4] Wu Q, Jiang L, Li SC, et al. Small molecule inhibitors targeting the PD-1/PD-L1 signaling pathway. Acta Pharmacol Sin. 2021, 42(1): 1-9. doi: 10.1038/s41401-020-0366-x.
[5] Lin KX, Istl AC, Quan D, et al. PD-1 and PD-L1 inhibitors in cold colorectal cancer: challenges and strategies. Cancer Immunol Immunother. 2023, 72(12): 3875-3893. doi: 10.1007/s00262-023-03520-5.