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免疫检查点药物副作用(irAEs)机制及特点


【说来比较好笑,看到一篇盘点各类免疫检查点的文献,感觉不错,都写的差不多了,快发表在公众号的时候突然跳出来说重复了,才发现国内某核心杂志上竟然刊登过一篇中文综述,也是翻译解读的这个,而且还没有引用这篇英文文献......后来无意中看到这个,感觉也挺有意思】


免疫疗法通过调节免疫系统来控制肿瘤进展或消灭肿瘤,其中以调节T细胞功能的免疫检查点类药物(anti-CTLA-4,anti-PD-(L)1)最具有代表性。但免疫检查点药物(ICIs)常常伴随着免疫相关副作用(irAEs),且与其它药物副作用不同的是,这类免疫相关副作用可以累及任何器官组织,而我们对其机理的了解仍旧有限。本文总结讨论了irAEs可能的机理,应对策略等。



免疫相关副作用(irAEs)作用机制


1.不同免疫检查点抗体相关毒性


由于Anti-CTLA和Anti-PD-(L)1抗体药物有着不同的药效机理,因而其也有着不同的免疫相关毒性。在CTLA-4敲除的小鼠中,可以观察到致命的淋巴组织增生,而在PD-1敲除的小鼠模型中,我们观察到的是与自免疫疾病相关的副作用,比如关节炎,狼疮样肾小球肾炎。在临床试验中,可以观察到Anti-CTLA疗法相对于Anti-PD-(L)1而言,具有更强的毒性和治疗相关死亡率。而且,Anti-CTLA4疗法毒副作用明显与剂量成正比,而Anti-PD-(L)1则相对较为稳定。


尽管对其的机理仍在研究中,但越来越多的临床前和临床数据表明,此类毒性是由于打破了原先的免疫平衡。在正常的生理环境中,免疫检查点信号通过T细胞耐受来防止自免疫疾病。而这类药物在激活T细胞攻击肿瘤抗原的同时,不可避免的也破坏了这种T细胞耐受,因而攻击自身抗原。对其机制的完整理解需要综合考虑被激活的T细胞的作用机制,其与Treg,B细胞,细胞因子,先天免疫细胞(DC,中性粒等),补体之间的相互作用。如图一所示:


1. Proposedmechanism for immune-related adverse events (irAEs). The specific mechanismsfor irAEs are still under investigation; they are thought to be primarily Tcell mediated, but other immune cell types have been proposed. The figuredepicts many of the proposed mechanisms. (A) Whenactivated by ICIs, tumor-reactive T cells may also recognize shared antigenexpressed by normal tissue, leading to unwanted cytotoxic activity. (B) PD-1 is expressedon IgM-secreting memory B cells; anti-PD1/L1 may modulate antibody production bythese B cells, leading to unmasked autoimmunity, especially antibody-mediatedthyroid disease. (C) CTLA-4 is constituently expressed on regulatory T cells, andanti-CTLA-4 blockade may lead to macrophage-dependent depletion of regulatory Tcells; this may deregulate homeostasis leading to irAEs, most notably thyroiddysfunction. (D) IrAEs may also be mediated by cytokine release, furtherpotentiating T cell activation. One example is increased IL-17 leading tocolitis. (E) CTLA-4 has also been shown to be expressed on normal tissues,such as pituitary, and with treatment of CTLA-4 blockade complement-mediatedinflammation and destruction is activated. APC, antigen-presenting cell;CTLA-4, cytotoxic T lymphocyte–associated protein 4; IL, interleukin; MAC,membrane attack complex; MHC, major histocompatibility complex; T17, T-helper17 cells; TCR, T cell receptor; Treg, regulatory T cell.


2.效应T细胞介导毒性


ICIs药物可能激活自免疫T细胞或激活识别肿瘤和正常组织共有抗原的T细胞。在Nivolumab和Ipilimumab的一项联合用药临床中,2位患者由于难治性心电不稳定出现了致命的心肌炎,后在患者的心肌中发现了大量CD8+ T细胞浸润。进一步的定量DNA测序表明,两位患者的心肌,条纹肌,肿瘤细胞表面均表达有相同的T细胞识别抗原。另一项关于黑色素瘤的临床中,由于黑色素瘤细胞和生黑色素细胞具有同样的抗原,患者出现了白癜风症状。


3.Treg细胞介导毒性


Treg细胞表面大量表达CTLA-4,因而Anti-CTLA4疗法的很多副作用是由于Treg细胞介导引起。临床数据表明,ipilimumab在治疗过程中可以增加肿瘤微环境中CD8/Treg的比例,这可能是由于ADCC和ADCP介导作用去除了一部分Treg细胞。另一种解释是可能由于Anti-CTLA药物结合Treg后可以抑制了Treg的作用,因而引起了CD8的增殖。在小鼠模型中,我们可以看到去除Treg表面的CTLA可以引起多器官的致命自免疫疾病,尤其是心肌组织。在另一些临床前小鼠模型中可以发现,先注射Anti-CTLA4药物抑制Treg活性,随后注射甲状腺球蛋白,小鼠患上了甲状腺炎。这个现象可以部分解释为什么患者接受了Anti-CTLA4药物后容易导致甲状腺功能紊乱。


4.B细胞介导和抗体介导毒性


PD-1表达于B细胞表面并且在体液免疫中起重要作用。其中PD-1尤其在IgM分泌记忆B细胞中高表达,因而Anti-PD-(L)1药物可以引起其无需T细胞参与的分泌机制,从而间接调节B细胞抗体分泌。这个机制可以用来解释此类药物引发的抗体介导的甲状腺功能紊乱。在NSCLC(非小细胞肺癌)中,21%接受perbrolizumab治疗的患者出现了甲状腺功能紊乱,在这些患者中,有80%检测到抗甲状抗体。在患者接受首次治疗后,很快就可以检查到这类自身抗体的存在,这说明,anti-PD1可以快速激活记忆B细胞并且导致自免疫的发生。




5.因子和补体介导毒性


irAEs常常也通过非细胞免疫组分,比如因子和抗体介导引起。其中在ipilimumab引起的结肠炎中,我们在临床前小鼠模型和临床患者体内均观察到Helper CD4 T分泌的促炎因子IL17的升高。当临床结肠炎消退时,患者IL-17水平下降到与无结肠炎症状的患者相当的水平。在另一个研究中,研究中用IL-17的水平来预测肿瘤免疫检查点相关结肠炎副作用情况,而用血清中IL-10和TGF-β1水平的升高来预测患者无进展生存的改善。由于现在有很多Anti-IL17药物用来治疗风湿性条件下的银屑病和强直性脊柱炎,因而对ICIs导致的结肠炎和严重的牛皮癣的患者,可以使用IL-17抑制剂-Secukinumab. 研究人员现在也正在验证是否可以通过IL-6来预测免疫相关毒性。


补体介导的2型过敏反应被认为导致了Anti-CTLA4相关的小垂体炎。对这类患者血清进行检测可观察到接受治疗前不存在的垂体抗体。在抗CTLA-4的临床前模型中,CTLA-4/抗CTLA-4免疫复合物存在于垂体中,并且发现了与补体的结合和经典补体级联的激活。


6.组胺介导毒性


急性输液反应常见于单克隆抗体,这个机理包括药物结合IgE,激活组胺的释放。尽管ICIs输液反应很少有正式的研究成果发表,但相信其与单克隆抗体有着类似的机理。在接受Anti-PD-(L)1的患者中,出现1-3级输液反应的大约占3-10%。在出现3级反应后,患者可接受抗组胺和糖皮质激素的治疗,没有必要减少或中断anti-PD-(L)1治疗。




irAEs特点


1.免疫相关副作用在不同癌症,不同组织中的表现不同


由于ICIs药物被批准用于不同癌种的治疗,其irAEs在不同癌症组织上也呈现不同的模式。早期的PD-1临床中,在黑色素瘤患者中容易观察到出现白癜风副反应。类似的,黑色素瘤患者相对于肾细胞癌患者更容易观察到瘙痒和结肠炎。在一项Meta分析中,NSCLC患者接受anti-PD1治疗更容易出现肺炎。在接受perbrolizumab治疗的胸腺上皮性癌患者更容易观察到重症肌无力,淋巴瘤患者的血细胞减少。


尽管irAEs可能会累及全身器官,但根据现有数据,皮肤,胃肠道、内分泌、肝、肺、肾等器官尤其容易受到损伤。常常出现的严重的irAEs为心肌炎、肺炎和神经毒性。具体可参见table1.


Table.1 Immune checkpoint inhibitors can resultin toxicity involving any organ. Listed are irAEs by organ system across tumortypes and grades.



2.免疫相关副作用出现在不同时间的机制不同


用药初期和后期出现的irAEs通常被认为具有不同的机制。早期的irAEs常常具有共性(与皮肤和粘膜相关)。这可能是由于由于激活了效应T细胞而破坏了免疫平衡,在粘膜处大量招募促炎细胞如中性粒等。后期的irAEs通常出现在给药8-12周左右,影响特定的组织(下垂体炎、白癜风、肝炎)。这可能的机制是由于破坏了组织特异性耐受,导致肿瘤特异性T细胞识别在正常组织上同样表达的抗原。


3.联合疗法的免疫相关副作用


FDA近期批准了CTLA4和PD-(L)1抑制剂联合疗法治疗转移性黑色素瘤和advanced RCC,同时现在也在开展更多的癌症种类临床研究。通常来说,联合疗法的irAEs会影响更多的病人,毒性也更强,副反应的发生也会更快。接受nivolumab/ipilimumab联合治疗的59%的黑色素瘤患者出现了3-4级治疗相关副作用,而只有21%的接受nivolumab或28%的ipilimumab出现类似反应。联合治疗的毒性增加是限制该策略临床应用的因素,一些临床医生选择用序贯单药治疗患者。目前,近40%的患者在接受联合治疗后会停止治疗。


在临床前小鼠模型中,研究者发现对于同时注射Anti-OX40和anti-PD1的小鼠,其因子释放增加并出现严重的免疫相关毒性。但若按照顺序给药,先用anti-OX40,后用anti-PD1,可有效降低因子释放量,增强抗肿瘤活性并降低免疫相关毒性。这反映了对不同免疫调节剂需要考虑不同的给药时间以在irAEs和疗效之间取得平衡。


4. 免疫相关副作用在接受前期相关免疫治疗患者中的影响


在接受anti-CTLA4或anti-PD-1/L1治疗后出现免疫相关毒性的患者,在接受后续免疫治疗时,有发展成irAEs的风险。但尽管风险增加,后续治疗已被证明仍旧是安全的。在一项针对以前接受过anti-CTLA4治疗的患者的大型研究中,接受anti-PD-1治疗是安全耐受的,即使有可能发生3级毒性。另一项对原先接受过ipilimumab治疗,随后用高剂量IL-2治疗的黑色素瘤患者的回顾性分析表明,先前的ipilimumab并不影响反应率,也不会增加ipilimumab相关毒性的风险。另一个临床考虑是在限制剂量的毒性作用后重新给患者给药。在一项评估非小细胞肺癌患者在3 - 4级毒性作用后停用anti-PD1的研究中,50%的再次接受治疗的患者没有后续的irAEs,25%的患者复发了最初的irAEs,另外25%的患者出现了新的irAEs。这些数据表明,再治疗可能是一种选择,特别是在临床反应明确而没有其它安全治疗方案的情况下。


5. 免疫相关副作用与微生物菌群


微生物群落非常复杂,对宿主的健康起着重要作用,如肠道微生物群落可调节结肠的免疫环境。拟杆菌、梭状芽胞杆菌和粪杆菌,已被证明可诱导Tregs的增殖,从而创造一个抗炎环境。而Anti-CTLA-4通过抑制Treg破坏了粘膜免疫调节,从而导致结肠炎。最近的研究评估了微生物群对ICI治疗的疗效和毒性的作用,提出了抗生素治疗对此类治疗的影响的问题。研究人员在一组接受anti-PD-1/L1治疗的患者中研究了抗生素对人类的影响,与不使用抗生素组相比,联合使用抗生素治疗的患者的无进展生存期和总体生存期明显较低。这些初步数据表明,某些细菌种类可能与免疫反应或毒性有关,并可能受到抗生素干扰,因在使用anti-PD1治疗的患者中应避免使用抗生素。现在对更多的微生物菌群,如口腔、肺部、泌尿系统、阴道和皮肤等的研究正在进行,,在未来对ICI的治疗可能也很重要。



6. 免疫相关副作用与疗效


福兮祸所伏,祸兮福所倚,一般而言,免疫治疗的疗效常常和副作用成正比,比如在NSCLC治疗中,出现甲状腺功能紊乱的患者具有更长的生存期。但为了最大限度的保证临床疗效和安全性,我们有必要研究清楚irAEs的机制并在早期就进行介入。虽然目前还没有前瞻性的研究来验证对irAEs的管理,但专家的共识建议已由SITC,ASCO,ESMO等组织编制并发表。这些指南根据器官系统,体外诊断,irAEs分级来定义毒性综合征并给出相关的治疗建议。具体可参考ASCO的建议。


文献:Sanchez, K., et al. (2019). "Immunotherapy Toxicities." Surgical Oncology Clinics of North America 28(3): 387-401.


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