PD-1/PD-L1通路與多發(fā)性硬化

曹青青，　解忠祥，　王　旭，　程　云綜述，　金　濤審校

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PD-1/PD-L1通路與多發(fā)性硬化

曹青青，解忠祥，王旭，程云綜述，金濤審校

多發(fā)性硬化(multiple sclerosis,MS)是一種以中樞神經(jīng)系統(tǒng)(central neurology system,CNS)白質(zhì)炎性脫髓鞘為主要病理特點(diǎn)的自身免疫病，以反復(fù)復(fù)發(fā)、緩解為主要特征，其發(fā)病受諸多因素的影響，并有多種內(nèi)源性調(diào)節(jié)因子和途徑參與其中。實(shí)驗(yàn)性自身免疫性腦脊髓炎(experimental autoimmune encephalomyelitis,EAE)是目前研究MS的經(jīng)典動物模型。程序性死亡受體-1(programmed death 1,PD-1)與其兩個配體程序性死亡配體-1/2(programmed death ligand-1/2,PD-L1/L2)相互作用不僅對誘導(dǎo)和維持免疫耐受及避免自身免疫損害具有重要作用，而且可以降低感染和腫瘤的免疫反應(yīng)。在調(diào)節(jié)免疫方面主要是PD-1與PD-L1結(jié)合，傳遞負(fù)性協(xié)同刺激信號抑制T、B淋巴細(xì)胞的增殖活化，從而在外周免疫耐受中發(fā)揮重要作用。PD-1/PD-L1信號通路在中樞神經(jīng)自身免疫反應(yīng)中的研究主要來自MS及其動物模型EAE。

1　PD-1/PD-L1與MS/EAE

MS是一種以中樞神經(jīng)系統(tǒng)多部位脫髓鞘病變?yōu)橹饕±硖攸c(diǎn)的自身免疫病，具有復(fù)雜的遺傳背景，大多數(shù)患者表現(xiàn)為反復(fù)發(fā)作的神經(jīng)功能障礙，病情每況愈下，目前關(guān)于MS的病因及發(fā)病機(jī)制仍不清楚，可能與病毒感染、自身免疫反應(yīng)及遺傳因素有關(guān)[1]。大量研究表明自身反應(yīng)性CD4+T細(xì)胞在MS發(fā)病過程中發(fā)揮重要作用，其中輔助性T細(xì)胞1(helper T cell 1,Th1)和輔助性T細(xì)胞17型(helper T cell 17,Th17)主要起促進(jìn)炎癥反應(yīng)的作用，而輔助性T細(xì)胞2(helper T cell 2,Th2)和調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(regulatory T lymphyocyte,Treg)主要起保護(hù)作用。在外周淋巴結(jié)內(nèi)，CD4+T細(xì)胞被抗原提呈細(xì)胞(antigen presenting cell,APC)如DC激活，分化為Th1和Th17細(xì)胞，透過血腦屏障后，T細(xì)胞再次被APC激活，進(jìn)而促進(jìn)炎癥形成、髓鞘脫失和軸突破壞[2]。

PD-1屬于B7-CD28超家族一員，具有負(fù)性協(xié)同刺激作用的免疫抑制受體，由PDCD1編碼，基因定位于染色體2q37.3，是一個相對分子質(zhì)量為50～55×103的免疫球蛋白超家族Ⅰ型跨膜蛋白，主要以單體形式表達(dá)于活化的T細(xì)胞、B細(xì)胞、單核細(xì)胞、NK細(xì)胞和DC等細(xì)胞表面[3]。PD-1與多種自身免疫病相關(guān)，如MS、腫瘤、糖尿病、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、系統(tǒng)性紅斑狼瘡、動脈粥樣硬化形成等。PD-1有PD-L1和PD-L2兩個配體，這兩種配體分別由CD274和鄰近的PDCD1LG2編碼，基因均位于染色體9p21.4[4]。PD-L1和PD-L2有37%的相似性，前者持續(xù)表達(dá)于小鼠的T細(xì)胞、B細(xì)胞、DC、巨噬細(xì)胞、間充質(zhì)干細(xì)胞、骨髓源性細(xì)胞及非造血細(xì)胞表面等；后者僅表達(dá)于活化的DC、巨噬細(xì)胞、骨髓源性細(xì)胞和靜息的腹膜B1細(xì)胞。

PD-1基因多態(tài)性與MS患者病程進(jìn)展相關(guān)，PD-1可抑制T細(xì)胞分泌細(xì)胞因子，如IFN-γ，在具有PD-1基因多態(tài)性的MS患者群體中，這種抑制作用受損[5]。PD-1/PD-L1信號通路是一條在免疫反應(yīng)效應(yīng)階段發(fā)揮重要作用的負(fù)性調(diào)節(jié)信號通路，可通過調(diào)控T細(xì)胞的活性來誘導(dǎo)并維持免疫的外周耐受，活化T細(xì)胞表達(dá)的PD-1與PD-L1結(jié)合后可阻斷CD28/B7所提供的活化信號[6,7]。正常情況下，PD-L1在中樞神經(jīng)系統(tǒng)很少表達(dá)，然而在EAE小鼠發(fā)病期，PD-L1可在中樞神經(jīng)系統(tǒng)炎性細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞及血管內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)。2003年，Salama等[8]首次報道PD-1信號通路對EAE疾病的進(jìn)展有重要調(diào)控作用。PD-1/PD-L1在EAE小鼠的CNS中的表達(dá)量逐漸增加，而PD-L2并無變化。敲除PD-L1后，EAE的發(fā)病時間提前且癥狀更嚴(yán)重，CNS中有更多的淋巴細(xì)胞浸潤，自身免疫應(yīng)答也增強(qiáng)，IFN-γ生成增多，且用單克隆抗體阻斷PD-1表達(dá)可導(dǎo)致自身抗原反應(yīng)性T細(xì)胞的增殖和活性程度加大，細(xì)胞炎性因子分泌增多。PD-1/PD-L1相互作用調(diào)節(jié)EAE的嚴(yán)重程度和疾病進(jìn)展，而PD-1/PD-L2相互作用無此效應(yīng)，這說明在EAE疾病免疫應(yīng)答調(diào)控過程中，主要是通過PD-1/PD-L1發(fā)揮作用[9,10]。在疾病誘導(dǎo)階段，阻斷PD-L1會增加動物對EAE疾病的易患性，而在慢性期阻斷PD-L1會加速疾病的復(fù)發(fā)[11]。研究表明[9,10]，在EAE小鼠中可知APC表達(dá)的PD-L1直接抑制自身反應(yīng)性T細(xì)胞，而在PD-L1缺失后，EAE發(fā)病早期的炎癥因子如IFN-γ、TNF-α、IL-17等的分泌較野生型小鼠顯著增加，而在發(fā)病后期，上述炎癥因子則較野生型小鼠降低。PD-1基因缺陷動物患自身免疫系統(tǒng)疾病的原因可能是因?yàn)镻D-1抑制信號去除后導(dǎo)致機(jī)體的免疫平衡失調(diào)，從而產(chǎn)生了過度的針對自身抗原的免疫應(yīng)答。由此可知，PD-1/PD-L1 在 MS/EAE 的發(fā)病和防治中起到了重要作用。

2　PD-1/PD-L1與MS中相關(guān)細(xì)胞之間的相互作用

2.1PD-1/PD-L1與Treg的作用調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(Treg)具有抑制免疫反應(yīng)，調(diào)節(jié)免疫耐受的作用，其功能異?？梢鸲喾N自身免疫病。Treg通過抑制活化的T細(xì)胞增殖及細(xì)胞因子產(chǎn)生發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用。Treg表面標(biāo)志物為CD4+CD25+，其分化受叉狀頭/翅膀狀螺旋轉(zhuǎn)錄因子(transcription factor forkhead box P3,FoxP3)調(diào)控。Treg可在胸腺內(nèi)產(chǎn)生，也可體外在DC和轉(zhuǎn)化生長因子-β(transforming growth factor β,TGF-β)存在的條件下誘導(dǎo)生成。在MS/EAE中，Treg主要執(zhí)行免疫抑制功能，限制過度及錯誤的免疫反應(yīng)。Treg功能低下是導(dǎo)致MS/EAE發(fā)病的另一重要原因。向EAE小鼠過繼轉(zhuǎn)移Treg可減輕EAE病情，而刪除EAE小鼠體內(nèi)的Treg會加重病情。與健康人相比，MS患者腦脊液及血液中Treg的數(shù)量無明顯變化，但MS患者Treg的功能受到顯著抑制[12]。

PD-1/PD-L1信號通路已經(jīng)證實(shí)在誘導(dǎo)免疫耐受和Treg形成過程中起重要作用。PD-1和PD-L1在Treg細(xì)胞表面表達(dá)增高并對Treg抑制功能的發(fā)揮起重要作用，阻斷PD-1能削弱CD4+CD25+Treg 的抑制能力。Francisco 等[13]研究表明PD-1的增加首先可誘導(dǎo)Treg細(xì)胞的形成：PD-1誘導(dǎo)的Treg表達(dá)磷酸化的蛋白激酶B(protein kinase B，PKB即Akt)、雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin,mTOR)、S6 和 細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶2(extracellular signal regulated kinase 2,ERK2)的能力降低，同時人第10號染色體缺失的磷酸酶及張力蛋白同源的基因(phosphatase and tensin hemology deleted on chromosome ten gene,PTEN)表達(dá)升高，提示PD-1信號通過中和Akt/mTOR來促進(jìn)Treg細(xì)胞的增殖。雖然PD-L1對Treg的具體作用機(jī)制尚不明確，但是大量研究數(shù)據(jù)表明PD-L1可明顯誘導(dǎo)Treg數(shù)量增加及促進(jìn)Treg發(fā)揮功能。Francisco等人[13]也已經(jīng)證實(shí)PD-L1與轉(zhuǎn)化生長因子-β(transforming growth factor β,TGF-β)體外協(xié)同作用可促進(jìn)幼稚T細(xì)胞向Treg轉(zhuǎn)變，以及缺乏PD-L1基因的小鼠Treg數(shù)量也顯著減少。PD-1/PD-L1的相互作用在Treg的發(fā)展和維持中起關(guān)鍵作用。由此可知，PD-1/PD-L1在MS/EAE中可通過影響Treg數(shù)量及功能發(fā)揮重要作用。

2.2PD-1/PD-L1與DC的作用DC是目前所知功能最強(qiáng)也是唯一能刺激初始型T細(xì)胞活化和增殖的APC,可誘導(dǎo)原始CD4+T細(xì)胞分化為自身反應(yīng)性T細(xì)胞，在天然和獲得性免疫中發(fā)揮極其重要的作用。DC同時具有介導(dǎo)免疫反應(yīng)和誘導(dǎo)免疫耐受的作用，在EAE疾病的不同時期，CNS中的DC可發(fā)揮不同的作用，例如在發(fā)病初期發(fā)揮促炎作用而在后期卻具有促進(jìn)疾病恢復(fù)的作用，這可能與疾病不同時期局部微環(huán)境的改變影響DC的功能有關(guān)。DC在MS/EAE發(fā)病過程中起樞紐作用，MS患者中DC促進(jìn)免疫反應(yīng)的能力增強(qiáng)，誘導(dǎo)免疫耐受的能力降低，且MS患者體內(nèi)的DC表型也發(fā)生很大變化：CD86表達(dá)增高，PD-L1表達(dá)降低，炎癥性細(xì)胞因子IL-12及TNF-α的分泌也較正常對照組增高[14]。

DC可通過誘導(dǎo)Treg的產(chǎn)生與維持以及誘導(dǎo)T細(xì)胞失活，來防止自身免疫反應(yīng)的發(fā)生，維持機(jī)體的穩(wěn)定[15]。DC通過表達(dá)PD-L1，誘導(dǎo)Treg產(chǎn)生，抑制中樞神經(jīng)系統(tǒng)的炎癥反應(yīng)，避免EAE進(jìn)一步加重[16]。同時，Treg細(xì)胞表達(dá)的PD-1能夠通過與DC表面的配體PD-L1結(jié)合而向DC細(xì)胞傳遞反向信號，下調(diào)DC表面的成熟標(biāo)志物CD40、CD80、CD86的表達(dá)，介導(dǎo)DC成熟障礙并抑制DC的抗原遞呈功能，最終誘導(dǎo)外周耐受的破壞，減少M(fèi)S/EAE的發(fā)生[17]。Treg細(xì)胞誘導(dǎo)PD-L1表達(dá)，阻遏PD-L1從而逆轉(zhuǎn)Treg細(xì)胞調(diào)節(jié)DC的功能，即通過DC促進(jìn)PD-L1的上調(diào)來增強(qiáng)免疫抑制功能[18]。有報道稱：骨髓源性的DC上的PD-L1與PD-1結(jié)合后可誘導(dǎo)抑炎因子IL-10分泌[17]。由此可知，PD-1/PD-L1通過DC誘導(dǎo)具有免疫抑制作用Treg和促進(jìn)抑炎因子IL-10的分泌及其他一些復(fù)雜的免疫反應(yīng)機(jī)制從而控制MS/EAE的病情發(fā)展。

2.3PD-1/PD-L1與Th17細(xì)胞的作用Th17細(xì)胞是一類不同于Thl、Th2細(xì)胞的新的CD4+T細(xì)胞亞群，通過分泌IL-17等前炎癥因子，在多種自身免疫性疾病、感染和腫瘤等疾病中發(fā)揮重要作用。在感染或炎癥早期，Th17細(xì)胞分泌的IL-17能促進(jìn)Th17細(xì)胞激活，刺激各種免疫細(xì)胞產(chǎn)生多種細(xì)胞因子如IL-6、IL-8、粒細(xì)胞集落刺激因子(granuloeyte colony stimulating factor,G-CSF)及細(xì)胞黏附分子，從而有效地介導(dǎo)前炎癥反應(yīng)[18]。IL-17同白介素-1β(interleukin-1β,IL-1β)、TNF-α 或TCR激活劑細(xì)菌脂多糖功能相似，可以誘導(dǎo)固有免疫炎癥細(xì)胞因子IL-6、急性反應(yīng)蛋白、G-CSF和前列腺素E2等的表達(dá)。IL-17還可以與炎癥因子有協(xié)同作用，加強(qiáng)放大其致炎效應(yīng)。Treg細(xì)胞在體內(nèi)執(zhí)行免疫抑制功能，限制過度及錯誤的免疫應(yīng)答。Th17/Treg 平衡對維持正常免疫應(yīng)答，防止自身免疫具有重要意義。而在MS/EAE中，平衡向Th17傾斜，Th17 功能亢進(jìn)，IL-17分泌增多，Treg 細(xì)胞功能降低。

PD-1/PD-L1通路在維持Th17/Treg平衡中起著重要的作用，阻斷PD-1/PD-L1通路會導(dǎo)致Treg的功能降低及IL-17細(xì)胞數(shù)量增加從而導(dǎo)致機(jī)體耐受性喪失，誘發(fā)自身免疫性疾病發(fā)生。有報道稱，在使用PD-L1治療EAE實(shí)驗(yàn)中，未出現(xiàn)Treg向Th17細(xì)胞表型的轉(zhuǎn)換，而是出現(xiàn)IL-17分泌減少，從而減輕炎癥反應(yīng)[19]。在該研究中[20]，有人提出PD-1基因敲除小鼠中Th17細(xì)胞的產(chǎn)生和變異性增加，而且阻斷PD-L1可誘導(dǎo)Treg細(xì)胞凋亡及Th17細(xì)胞升高，而這些Th17細(xì)胞主要來自CD4+Foxp3-細(xì)胞，而非Treg細(xì)胞亞型的轉(zhuǎn)換。因此，PD-1/PD-L1負(fù)性調(diào)節(jié)通路主要起調(diào)節(jié)Treg與致病性T細(xì)胞之間平衡的作用。由此可知，PD-1/PD-L1通過調(diào)節(jié)Th17/Treg之間的平衡在MS/EAE疾病的控制和進(jìn)展中發(fā)揮重要作用。

2.4PD-1/PD-L1 與Th1細(xì)胞的作用Th1細(xì)胞是CD4+T細(xì)胞的一個亞型，是在MS/EAE中發(fā)現(xiàn)的最早的致病性CD4+T細(xì)胞[21]，Th1細(xì)胞主要產(chǎn)生 Th1 類細(xì)胞因子IFN-γ。在 MS患者及EAE小鼠的中樞神經(jīng)系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)了大量Th1細(xì)胞浸潤，表明Th1細(xì)胞在EAE和MS中起促進(jìn)炎癥反應(yīng)作用[13]。致病性Th1細(xì)胞的激活，需要APC特別是DC的參與，Th1細(xì)胞在EAE的發(fā)病中起重要作用。

PD-1可以抑制轉(zhuǎn)錄因子相關(guān)Th1細(xì)胞功能的表達(dá)。最新研究表明[21，22]阻斷PD-1/PD-L1通路引起EAE小鼠中Th1型炎性反應(yīng)顯著增強(qiáng)，因此，PD-1/PD-L1通路在抑制Th1型自身免疫病中發(fā)揮重要作用[23]。阻斷PD-1/PD-L1通路可以使促炎因子如TNF-α、IFN-γ等分泌增加進(jìn)而介導(dǎo)炎癥反應(yīng)，加快MS/EAE進(jìn)展及疾病的嚴(yán)重程度。由此可知，PD-1/PD-L1通路在MS/EAE中通過調(diào)節(jié)Th1型細(xì)胞促炎分子的分泌來發(fā)揮作用的。

3　小　結(jié)

PD-1和PD-L1的數(shù)量在MS/EAE中明顯升高，它們的表達(dá)與疾病的發(fā)展過程密切相關(guān)。PD-1/PD-L1通路不僅在T細(xì)胞活化初始階段起關(guān)鍵性作用，也影響后來的效應(yīng)功能和靶向器官的浸潤。然而，雖然目前有多種研究報道PD-1/PD-L1在EAE中具有重要作用，但是具體作用機(jī)制尚未得到充分肯定，有待進(jìn)一步研究。PD-1/PD-L1通路作用機(jī)制具體如何，能否作為疾病發(fā)生、緩解及療效觀察的指標(biāo)，進(jìn)而能否作為一個干預(yù)的靶點(diǎn)，仍值得進(jìn)一步深入探討。

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1003-2754(2016)08-0758-03

R744.5+1

2016-06-02；

2016-08-03

國家自然科學(xué)基金青年基金(No.81301021)；省科技廳國際合作項目(No.20150414011GH)；省科技廳青年基金項目(No.20130522025JH)；吉林大學(xué)白求恩培育計劃(No.2015-03005)

(吉林大學(xué)白求恩第一醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，吉林 長春 130021)

金濤，E-mail：drtao.jin@hotmail.com