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出人意料!PD-1抑制剂有导致记忆CD8 T细胞损伤的风险

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撰文 | 大大卷

责编 | 翊竑

PD-1是重要的免疫检查点,在所有活化的T细胞中都有表达,作为一种抑制性受体,它保证T细胞不被过度刺激。肿瘤细胞上的PD-L1通过与T细胞上的PD-1相互作用,降低T细胞功能信号,从而使肿瘤细胞获得免疫逃逸【1, 2】。在一些慢性病毒感染中,PD-1也会在耗竭的CD8 T细胞上过表达,抑制T细胞反应(图1)


图1 通过PD-1免疫检查点抑制剂阻断PD-L1与PD-1的结合,可以使T细胞杀死肿瘤细胞(图源见水印)

免疫检查点阻断疗法通过抑制PD-1等免疫检查点,增强了T淋巴细胞的免疫活性,允许T细胞更加有效地消灭癌细胞,为肿瘤免疫治疗打开了一扇新的大门,因而获得了2018年诺贝尔生理学或医学奖。目前,PD-1检查点阻断疗法已经用于治疗多种难治性实体瘤(如肾细胞癌、非小细胞肺癌和黑色素瘤)【2-4】。PD-1抑制剂的开发也促进了对PD-1挽救衰竭CD8 T细胞中分子机制的理解。

然而,PD-1抑制剂还有许多短板,多项临床试验中均发现PD-1和PD-L1抗体阻断导致全身免疫紊乱,长期治疗还会诱导自身免疫疾病的发生【5】。此外,PD-1抑制停止后还可能导致病原性免疫反应的增强,这很可能与CD8 T 细胞免疫记忆的缺失有关【6】。想要解决PD-1抑制剂这些副作用,还需要进一步探索PD-1信号如何调节记忆CD8 T 细胞的发展和维持。

记忆CD8 T 细胞能在体内持续存在几十年,具有不依赖抗原、多能性及对二次攻击快速响应的特性。在一些慢性病毒感染和肿瘤中,单独依靠效应CD8 T细胞不足以诱导肿瘤消除,需要长期存活的记忆CD8 T 细胞维持持续的抗肿瘤免疫。少数研究发现PD-1抑制剂会使记忆性T细胞减少【7】。因此,PD-1如何影响记忆CD8 T 细胞值得深入研究。

2021年10月13日,华盛顿大学医学院的Surojit Sarkar团队的Vandana Kalia(第一作者)在Science Translational Medicine上发表了题为Metabolic regulation by PD-1 signaling promotes long-lived quiescent CD8 T cell memory in mice的研究论文发现PD-1信号通过调节糖酵解和脂肪酸氧化的平衡,促进长寿静息记忆CD8 T细胞的发育和稳态维持,T 细胞特异性 PD-1 的缺失会导致记忆性 T 细胞库的消耗。


研究者们首先考察PD-1在T细胞激活早期阶段的作用。研究人员利用LCMV(lymphocytic choriomeningitis virus,淋巴细胞性脉络丛脑膜炎病毒)构建C57BL/6小鼠的病毒感染模型,考察PD-1正常(WT)和PD-1缺陷(PD-1−/−)的CD8 T细胞在小鼠中的激活情况(图2)。研究者们发现感染初期,抗原特异性CD8 T细胞上的PD-1表达显著上调。同时,PD-1的缺陷不影响CD8 T 细胞的早期激活、增殖和效应细胞分化过程。


图2 实验设计图:考察PD-1在CD8 T细胞发展过程中的作用。

接着,研究者们考察PD-1在CD8 T细胞在长期记忆发展阶段的作用。尽管在早期激活阶段,WT CD8 T细胞和 PD-1−/− CD8 T 细胞记忆前体的数量相似,但在CD8+ T 细胞的收缩期(contraction)和记忆维持期(memory maintenance), PD-1 缺陷的效应 CD8 T 细胞数量均显著减少,进而导致淋巴和非淋巴区域的最终记忆细胞数目降低约100倍(图3,A和B)

研究人员利用抗原再刺激这些记忆细胞,对次级反应进行体内纵向随访。在抗原清除后,PD-1缺陷的效应T细胞经历了更明显的收缩,且对次级记忆池的贡献更小。同时,研究者们也发现,PD-1 信号保证了记忆 CD8 T 细胞能够正常进行稳态更新和维持。这些结果都意味着PD-1在CD8 T细胞长期记忆形成中必不可少


图3 CD8 T 细胞中 PD-1信号的缺失与抗原清除后记忆细胞的损耗有关。SPL:脾;LN:淋巴结;LNG:肺;LVR:肝脏。

进一步,研究者们考察PD-1如何调控CD8 T细胞长期记忆形成和稳态维持。已有研究表明,CD8 T细胞从效应状态向静止记忆状态的转变与糖酵解减少和脂肪酸氧化增加的代谢转换有关8。研究人员从前述LCMV慢性感染模型中分别纯化WT CD8 记忆T细胞和 PD-1−/− CD8 记忆T 细胞,对其进行细胞外通量分析和代谢组学鉴定。结果发现,PD-1的缺陷导致糖酵解和脂肪酸都增加。利用rapamycin抑制mTOR依赖的糖酵解途径,研究人员也发现在体内PD-1缺失的情况下,阻断过多的mTOR信号可以挽救记忆T 细胞的缺陷。这些结果都意味着PD-1通过促进脂肪酸氧化,支持记忆CD8 T细胞的稳态维持

最后,研究者们试图确定慢性感染期间,PD-1和PD-L1免疫检查点阻断疗法是否会对先前因感染而建立的记忆CD8 T细胞产生副作用。结果发现,在PD-1和PD-L1抗体使用后,最终的记忆CD8 T细胞数目均大幅减少,该结果与前述PD-1缺失后的现象一致。

总而言之,PD-1信号通过抑制糖酵解和驱动脂肪酸氧化的代谢调节方式,促进长寿命静止记忆CD8 T细胞的发育。该结果也表明PD-1检查点阻断疗法存在着损伤记忆CD8 T细胞的风险。

原文链接:

https://www.science.org/doi/10.1126/scitranslmed.aba6006

参考文献

1. Sharpe, A. H. & Pauken, K. E. The diverse functions of the PD1 inhibitory pathway. Nat. Rev. Immunol. 18, 153–167 (2018).

2. Tumeh, P. C. et al. PD-1 blockade induces responses by inhibiting adaptive immune resistance. Nature 515, 568–571 (2014).

3. Topalian, S. L., Drake, C. G. & Pardoll, D. M. Targeting the PD-1/B7-H1(PD-L1) pathway to activate anti-tumor immunity. Curr. Opin. Immunol. 24, 207–212 (2012).

4. Powles, T. et al. MPDL3280A (anti-PD-L1) treatment leads to clinical activity in metastatic bladder cancer. Nature 515, 558–562 (2014).

5. Pauken, K. E., Dougan, M., Rose, N. R., Lichtman, A. H. & Sharpe, A. H. Adverse Events Following Cancer Immunotherapy: Obstacles and Opportunities. Trends Immunol. 40, 511–523 (2019).

6. Barber, D. L. et al. Tuberculosis following PD-1 blockade for cancer immunotherapy. Sci. Transl. Med. 11, 1–8 (2019).

7. Ahn, E. et al. Role of PD-1 during effector CD8 T cell differentiation. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 115, 4749–4754 (2018).

8. Buck, M. D., Sowell, R. T., Kaech, S. M. & Pearce, E. L. Metabolic Instruction of Immunity. Cell 169, 570–586 (2017).

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