PD—1及其配體的結(jié)構(gòu)

文雪

【摘 要】PD-L是PD-1（程序性死亡分子1）的配體，通過傳遞抑制信號，從而達(dá)到調(diào)節(jié)T細(xì)胞活化平衡，誘導(dǎo)免疫耐受。在針對來抗原以及自身抗原的發(fā)生特異性免疫應(yīng)答清除病原體過程中需要與腫瘤介導(dǎo)的免疫耐受保持平衡。介導(dǎo)T細(xì)胞免疫耐受需要PD-1分子及其配體以限制T細(xì)胞活化后對自身組織造成的免疫損傷。PD-1分子及其配體在自身免疫性疾病、感染性疾病及腫瘤免疫中具有重要研究價值。在這篇綜述中，我們將討論P(yáng)D-1與其配體的結(jié)構(gòu)組成。

【關(guān)鍵詞】PD-L；T細(xì)胞；PD-1

細(xì)胞共刺激的概念隨著時間而演變。T細(xì)胞活化的兩個信號是凱文通過一個活化T細(xì)胞模型獲得的[1]。根據(jù)這一模型，T細(xì)胞的完全激活需要兩個信號。第一信號，提供特異性免疫應(yīng)答信號，通過抗原肽MHC分子復(fù)合物與TCR （T細(xì)胞表面受體）特異性結(jié)合。第二，抗原依賴的共刺激信號，是由抗原呈細(xì)胞（APC）傳遞給T細(xì)胞，從而促進(jìn)T細(xì)胞克隆擴(kuò)增，分泌細(xì)胞因子并實現(xiàn)效應(yīng)功能。如果出現(xiàn)第二信號的缺失，抗原特異性的淋巴細(xì)胞將無法活化，失去相應(yīng)效能。目前研究發(fā)現(xiàn)了一種新的共刺激分子B7：CD28家族，其通路組成為PD-1（程序性死亡分子1受體，也稱為CD279）及其配體PD-L1 （CD274，也稱為 B7-H1）和PD-L2 （CD273，也稱為B7-DC）[2]。該通路在大量研究中顯示出重要的負(fù)性調(diào)節(jié)功能，說明其在調(diào)節(jié)T細(xì)胞活化和免疫耐受中具有巨大研究前景。本文主要對PD-1及其配體PD-L的結(jié)構(gòu)做闡述。

1 PD-1及其配體的結(jié)構(gòu)基因

PD-1是一個由288個氨基酸（AA）構(gòu)成的I型跨膜蛋白質(zhì)，其組成包括：一個免疫球蛋白（Ig）超家族結(jié)構(gòu)域，一個20AA的柄，一個跨膜結(jié)構(gòu)域，和胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域。在小鼠1號染色體上及人類2號染色體上面，PD-1均由PDCD1基因編碼。在這兩個物種中，PDCD1基因由5個外顯子。外顯子1編碼一個短信號序列，第2外顯子編碼IG域。莖和跨膜域是由外顯子3和外顯子4編碼的一個短12AA序列，標(biāo)志著胞質(zhì)域的起始。外顯子5包含C-末端胞內(nèi)殘基和一個長的3 UTR[2]。

PD-1的剪接變異體是從人活化T細(xì)胞克隆而得到。在轉(zhuǎn)錄過程中缺乏外顯子2、外顯子3、外顯子2和3，或外顯子2到4。除了外顯子3的剪接變異體（pd-1ex3），其他所有變異體都以相似的水平全長PD-1表達(dá)于外周血單個核細(xì)胞（PBMC）。當(dāng)人的T細(xì)胞受到抗CD3和抗CD28抗體刺激活化時，所有變異體表達(dá)顯著增高。pd-1ex3變異體由于缺乏一段編碼跨膜區(qū)的mRNA，類似于可溶性CTLA-4，因而起著重要的自身免疫的作用。這種變異體可見于類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎患者[3]。

PD-L1是由290個AA組成的I型跨膜蛋白，在小鼠1號染色體上及人類2號染色體上面，PD-1均由CD274基因編碼。CD274包括七個外顯子，第一個外顯子編碼5UTR區(qū)，外顯子2，3和4包含信號序列IgC-樣結(jié)構(gòu)域和IgV-樣結(jié)構(gòu)域，外顯子5和6分別編碼跨膜區(qū)和胞內(nèi)區(qū)。外顯子7編碼3UTR區(qū)以及包內(nèi)段殘基。

有研究報道在人類的剪接變異體PDL1中，由外顯子2編碼的序列缺少一個IgV樣結(jié)構(gòu)域。雖然這個剪接變異體的功能尚不清楚，但是已證實該突變體不能與PD—1結(jié)合。目前沒有發(fā)現(xiàn)小鼠PD-L1剪接變異體[4]。

PD-L2也是I型跨膜蛋白，由Pdcd1lg2基因編碼。在人類是42kB的基因組DNA，在小鼠Cd274處則被一個23 KB的干預(yù)基因組DNA分開。該基因由六個外顯子組成，人有七個。IGV樣結(jié)構(gòu)域由外顯子3編碼，IGC樣結(jié)構(gòu)域由外顯子4編碼，第5外顯子包含短莖、跨膜區(qū)域以及胞質(zhì)域，小鼠的外顯子5還含有一個終止密碼子，形成一個由4個AA組成的胞質(zhì)區(qū)。人類第6外顯子和第7外顯子包含一個30AA的額外編碼區(qū)域在細(xì)胞質(zhì)中。較長細(xì)胞質(zhì)結(jié)構(gòu)域見于人、獼猴、黑猩猩、狗、牛、豬和馬，在小鼠及大鼠缺失[5]。

2 PD-1及其配體的蛋白結(jié)構(gòu)

通過X射線晶體學(xué)得到PD-1的未折疊三維結(jié)構(gòu)，結(jié)果表明，其免疫球蛋白超家族中的β-鏈折疊非常保守，介于CTLA-4和PD-1之間[3]。構(gòu)成PD-1的CDR3區(qū)域的AA較為松散，而且缺乏相對保守的AA，這與CTLA-4的結(jié)合界面不同。在CTLA-4基因圖譜上，圍繞CDR3的疏松區(qū)域出現(xiàn)以MYPPPY為中心的有序排列的脯氨酸。通過遺傳變異掃描發(fā)現(xiàn)，在與PD-L結(jié)合過程中，PD-1的CDR3氨基酸都不起作用。研究者利用超速離心法在研究可溶性的PD-1胞漿段IgV樣結(jié)構(gòu)域時，顯示PD-I是單體。利用熒光共振能量轉(zhuǎn)移法對CHO細(xì)胞PD-1的表達(dá)分析時發(fā)現(xiàn)了其全長[6]。

PD-L1和PD-L2分子模型已對B7-1和B7-2指導(dǎo)定點(diǎn)的晶體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的丙氨酸掃描誘變。兩者的結(jié)合界面和PD-L1PD-L2 PD-1在IgV樣結(jié)構(gòu)域。有趣的是，某些突變的PDL1和PD-L2，不能結(jié)合PD-1可以刺激連接與抗CD3 T細(xì)胞增殖。這些non-pd-1結(jié)合突變體也能刺激。PDCD1-/-T細(xì)胞，另一方面提供證據(jù)為PD-L1和PD-L2受體。

通過對B7-1和B7-2的晶體結(jié)構(gòu)中指定位點(diǎn)丙氨酸進(jìn)行變異掃描時，得到了PD-1配體分子（PD-L1和PD-L2）的結(jié)構(gòu)模型。PD-L1和PD-L2與PD-1的結(jié)合位點(diǎn)都是IgV樣結(jié)構(gòu)域。有研究表明，某些變異的PD-L1和PD-L2雖然不能夠與PD-1結(jié)合，但可以通過與抗CD3抗體結(jié)合而刺激T細(xì)胞活化。

PD-1：PD-L通路在T細(xì)胞的活化，耐受以及免疫介導(dǎo)的組織損傷中發(fā)揮了重要的免疫調(diào)節(jié)作用。本文章中，我們主要描述了PD-1及其配體（PD-L1和PD-L2）的結(jié)構(gòu)，從而為PD-1：PD-L通路的進(jìn)一步研究做鋪墊。

【參考文獻(xiàn)】

[1]GenomicsTivol， E. A. et al. Loss of CTLA-4 leads to massive lymphoproliferation and fatal multiorgan tissue destruction， revealing a critical negative regulatory role of CTLA-4. Immunity 3， 541-7 （1995）.

[2]Waterhouse， P. et al. Lymphoproliferative disorders with early lethality in mice deficient in Ctla-4. Science 270， 985-8 （1995）.

[3]Wu， C. et al. Immunohistochemical localization of programmed death-1 ligand-1 （PD-L1） in gastric carcinoma and its clinical significance. Acta Histochem 108， 19-24 （2006）.

[4]Kitazawa，Y.et al.Involvement of the programmed death-1/programmed death-1 ligand pathway in CD4+CD25+ regulatory T-cell activity to suppress alloimmune responses. Transplantation 83， 774-82 （2007）.

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