程序性死亡蛋白-1及配體在心肌炎發(fā)病中的作用

胡舜英，楊芊，陳韻岱

(解放軍總醫(yī)院第一醫(yī)學(xué)中心心血管內(nèi)科,北京100853)

心肌炎是臨床常見(jiàn)的心血管疾病，約50%患者發(fā)病2～4周內(nèi)痊愈，約25%患者發(fā)展為慢性心功能不全，約12%～25%患者急性死亡或進(jìn)展為終末期擴(kuò)張型心肌病,目前其發(fā)病機(jī)制仍不明確，預(yù)測(cè)、診斷和治療心肌炎仍面臨巨大挑戰(zhàn)[1,2]。程序性死亡蛋白-1(programmed cell death protein-1，PD-1)屬免疫球蛋白超家族,其通過(guò)與程序性死亡配體-1(programmed cell death ligand-1，PD-L1)結(jié)合抑制抗原和T淋巴細(xì)胞受體結(jié)合，對(duì)維持免疫耐受穩(wěn)定起重要作用，是重要的免疫檢查點(diǎn)[3]。近年以PD-1/PD-L1抑制劑為代表的免疫檢查點(diǎn)抑制劑在腫瘤治療中取得了突破性進(jìn)展，但副作用卻備受關(guān)注[4-6]，免疫檢查點(diǎn)抑制劑相關(guān)的心肌炎被認(rèn)為是最嚴(yán)重的副作用，較一般心肌炎預(yù)后更差[2,5,7]。明確PD-1/PD-L1在心肌炎發(fā)病中的作用有助于為診治心肌炎提供新策略,為此本文綜述了PD-1/PD-L1在心肌炎發(fā)病中的研究進(jìn)展。

1 PD-1和PD-L1

PD-1是一種跨膜蛋白，免疫球蛋白可變區(qū)樣結(jié)構(gòu)域在細(xì)胞外，免疫受體酪氨酸抑制基序在胞漿內(nèi)，對(duì)維持自身免疫耐受穩(wěn)定很重要[3,8，9]。研究表明PD-1基因缺失小鼠會(huì)發(fā)生自身免疫性疾病[10]，狼瘡性腎小球腎炎、關(guān)節(jié)炎和擴(kuò)張型心肌病小鼠PD-1基因缺失后病情會(huì)加重[11]。正常情況下，PD-1在T淋巴細(xì)胞、自然殺傷細(xì)胞、B淋巴細(xì)胞、單核細(xì)胞、未成熟的朗格漢斯細(xì)胞和心肌細(xì)胞中低水平表達(dá)[4,12,13]。T淋巴細(xì)胞活化后，PD-1可移位到T淋巴細(xì)胞受體，抑制T淋巴細(xì)胞受體近端激酶的活化，阻止T淋巴細(xì)胞和抗原提呈細(xì)胞結(jié)合，從而導(dǎo)致T淋巴細(xì)胞無(wú)法發(fā)揮免疫效應(yīng)[14]。PD-1也可抑制氧耗，降低活化T淋巴細(xì)胞糖酵解的能力，促進(jìn)脂肪酸的利用[15]。

PD-1有PD-L1和PD-L2兩種配體，它們?cè)诓煌募?xì)胞表達(dá)。PD-L1在專職抗原提呈細(xì)胞(表達(dá)主要組織相容性復(fù)合體Ⅰ類和Ⅱ類分子以及共刺激分子的細(xì)胞，激活的CD4+T淋巴細(xì)胞)、非專職抗原提呈細(xì)胞以及非造血細(xì)胞(內(nèi)皮細(xì)胞、心肌細(xì)胞、胰島細(xì)胞、胎盤和眼睛)中表達(dá)[16-18]。PD-L2在活化的樹(shù)突狀細(xì)胞和巨噬細(xì)胞中表達(dá)。干擾素-α(interferon，IFN-α)、腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)和血管內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)等可誘導(dǎo)PD-L1和PD-L2過(guò)表達(dá)，如IFN-α可誘導(dǎo)PD-L1和PD-L2在腫瘤細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、樹(shù)突狀細(xì)胞和基質(zhì)細(xì)胞中過(guò)表達(dá)[19]。PD-L1可抑制T淋巴細(xì)胞對(duì)腫瘤細(xì)胞的殺傷[20-22]。研究顯示多種腫瘤細(xì)胞PD-L1基因在轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后修飾過(guò)程中表達(dá)上調(diào)，表達(dá)增多的PD-L1與CD8+ T淋巴細(xì)胞上的PD-1結(jié)合后可抑制T淋巴細(xì)胞對(duì)腫瘤細(xì)胞的殺傷作用，從而使腫瘤細(xì)胞逃脫免疫監(jiān)視[11]。

2 PD-1/PD-L1在心肌炎發(fā)病中的作用

2.1 PD-1/PD-L1和T淋巴細(xì)胞

心肌炎的主要特征是心肌組織炎性浸潤(rùn)，藥物、細(xì)菌及病毒等都可觸發(fā)心肌炎，自身免疫反應(yīng)可促進(jìn)心肌炎病情進(jìn)展[23]。T淋巴細(xì)胞是心肌炎發(fā)病的關(guān)鍵因素，PD-1/PD-L1通過(guò)調(diào)控T淋巴細(xì)胞活性抑制心肌炎進(jìn)展。PD-1和活化T淋巴細(xì)胞的PD-L1結(jié)合可限制T淋巴細(xì)胞識(shí)別心肌特異性抗原，從而減輕活化T淋巴細(xì)胞造成的心肌病理改變[24, 25]。Tarrio等[26]的研究表明CD8+T淋巴細(xì)胞介導(dǎo)的心肌炎模型中，相比PD-1表達(dá)陽(yáng)性T淋巴細(xì)胞，PD-1表達(dá)陰性T淋巴細(xì)胞導(dǎo)致的心肌炎性浸潤(rùn)和改變更嚴(yán)重，T淋巴細(xì)胞增生也多。CD4+T淋巴細(xì)胞介導(dǎo)的小鼠心肌炎模型中，T淋巴細(xì)胞PD-1表達(dá)陰性小鼠的心肌炎癥反應(yīng)、炎癥細(xì)胞(包括CD8+T淋巴細(xì)胞)浸潤(rùn)程度以及心肌損傷標(biāo)志物水平都比野生型小鼠高。系統(tǒng)性紅斑狼瘡小鼠PD-1基因缺失則可導(dǎo)致致命性心肌炎，心肌中T淋巴細(xì)胞及巨噬細(xì)胞大量浸潤(rùn)，伴有心肌特異性抗體生成[27-29]。

2.2 PD-1/PD-L1和肌鈣蛋白

心肌肌鈣蛋白(cardiac troponin,cTn)是臨床評(píng)估心肌損傷的特異性指標(biāo)，PD-1調(diào)控心肌炎的作用與抑制肌鈣蛋白抗體有關(guān)，肌鈣蛋白抗體在心肌炎和心功能不全的發(fā)病機(jī)制中起重要作用[29，30]。研究表明PD-1表達(dá)陰性BALB/c小鼠在5周時(shí)開(kāi)始死亡，30周時(shí)約2/3小鼠死亡，但PD-1表達(dá)陽(yáng)性小鼠則健康存活。組織病理檢測(cè)結(jié)果顯示PD-1表達(dá)陰性小鼠心臟明顯擴(kuò)大，心室壁心肌細(xì)胞彌漫變性，肌纖維斷裂和無(wú)序排列。心肌細(xì)胞表面有彌漫的IgG沉積，血清中也檢測(cè)到高滴度的自身抗體IgG，可與心肌細(xì)胞表面特異性表達(dá)的心肌肌鈣蛋白I(cardiac troponin I,cTnI)相結(jié)合[15]。進(jìn)一步將cTnI特異性抗體注入野生型BALB/c小鼠體內(nèi)，它可與心肌表面的cTnI結(jié)合，促進(jìn)心肌細(xì)胞鈣離子內(nèi)流。12周后和對(duì)照組相比，cTnI特異性抗體處理組小鼠的心臟明顯擴(kuò)大，心功能下降[29]。同時(shí)心肌炎和擴(kuò)張型心肌病患者中也可檢測(cè)到抗心肌細(xì)胞的自身抗體，抗體主要存在于肌纖維、肌纖維膜和胞漿內(nèi)[31]。

2.3 PD-1/PD-L1和炎癥反應(yīng)

PD-1/PD-L1抑制心肌炎癥反應(yīng)[32]。正常狀態(tài)下PD-1和PD-L1在心肌細(xì)胞低水平表達(dá)[17]?？滤_奇病毒誘導(dǎo)的急性病毒性心肌炎模型鼠中，PD-L1表達(dá)明顯增多。PD-1、PD-L1的抑制性抗體可促進(jìn)柯薩奇病毒誘導(dǎo)的心肌炎癥反應(yīng)，抗PD-1單克隆抗體則使心肌組織中IFN-γ、凋亡相關(guān)因子配體(factor-related apoptosis ligand，F(xiàn)asL)、CD40L、穿孔蛋白及柯薩奇病毒基因表達(dá)顯著增加?？筆D-L2抗體未顯示出類似作用。小劑量已被抗原激活的細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞注射到小鼠體內(nèi)后，可造成持續(xù)10～12 d的可完全恢復(fù)的心肌炎癥反應(yīng)[18]。炎癥期間來(lái)源于T淋巴細(xì)胞的IFN-γ促進(jìn)心臟血管內(nèi)皮細(xì)胞的PD-L1表達(dá)增多，IFN-γ被抑制后心肌炎癥反應(yīng)加重。，抗原激活的細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞注射到PD-L1和PD-L2基因缺失小鼠和PD-L1抗體處理的小鼠體內(nèi)后，可恢復(fù)的心肌炎發(fā)展為致命心肌炎，同時(shí)出現(xiàn)廣泛分布的富含中性粒細(xì)胞的微膿腫，去除中性粒細(xì)胞則使PD-L1缺失小鼠發(fā)生致命性心肌炎的易感性降低[18]。上述研究顯示促進(jìn)PD-1/PD-L1通路活性可成為抑制心肌炎發(fā)展的一種免疫治療措施[18,32]。

PD-1基因缺失導(dǎo)致的心肌炎易感性與遺傳基因有關(guān)，不同種屬和不同品系動(dòng)物的心肌炎易感性不同，提示心肌炎的發(fā)生可能受不同遺傳因素控制。研究顯示PD-1基因缺失的BALB/c小鼠可發(fā)生致命的擴(kuò)張型心肌病，而PD-1基因和重組激活基因2(recombination activating gene,RAG2)缺失的BALB/c小鼠則未過(guò)早死亡[15]。研究表明糖尿病、紅斑狼瘡、甲狀腺炎和心肌炎存在相同或重疊的基因易感位點(diǎn)。識(shí)別和鑒定致心肌炎易感基因的突變，不僅有助于識(shí)別心肌炎高危人群，同時(shí)可以此為靶點(diǎn)設(shè)計(jì)心肌炎新的治療策略[33]。

3 PD-1/PD-L1抑制劑相關(guān)心肌炎的發(fā)生機(jī)制

研究結(jié)果顯示PD-1抑制劑納武單抗(nivolu-mab)單用或聯(lián)合其他免疫檢查點(diǎn)抑制劑相關(guān)心肌炎的發(fā)病率為0.09%[34]，但免疫檢查點(diǎn)抑制劑導(dǎo)致的心肌炎具有早期發(fā)病、非特異性和暴發(fā)性進(jìn)展特性，因此嚴(yán)重威脅患者生命[2,5,7]。研究表明單用納武單抗心肌炎患者死亡率為10%，而納武單抗聯(lián)合其他免疫檢查點(diǎn)抑制劑誘發(fā)心肌炎患者的死亡率>60%[34]。心肌外周免疫耐受崩潰可能是PD-1/PD-L1抑制劑導(dǎo)致心肌炎的機(jī)制之一，PD-1抗體可阻止PD-1與PD-L1結(jié)合誘導(dǎo)大量T淋巴細(xì)胞活化，抗原提呈細(xì)胞和心肌細(xì)胞上的PD-L1被抗體封閉后也會(huì)加強(qiáng)T淋巴細(xì)胞活性，因此，PD-1/PD-L1抑制劑可使T淋巴細(xì)胞保持活性，對(duì)心臟進(jìn)行攻擊[2]。另一個(gè)可能機(jī)制是腫瘤細(xì)胞和心肌細(xì)胞具有相同抗原，在免疫檢查點(diǎn)抑制劑作用下，抗原特異性T淋巴細(xì)胞被高度激活，同時(shí)攻擊腫瘤和心肌細(xì)胞，進(jìn)而發(fā)生致命性心肌炎[2,34]。

免疫檢查點(diǎn)抑制劑相關(guān)心肌炎癥狀和體征多樣，缺乏特異性。從不典型胸痛到心源性休克都可能出現(xiàn)，有些患者則無(wú)明顯癥狀。心肌炎發(fā)生的時(shí)間也不一致，有研究結(jié)果顯示納武單抗第一次單用或聯(lián)合其他免疫檢查點(diǎn)抑制劑之后即可出現(xiàn)爆發(fā)性心肌炎[2,34]。臨床常用的診斷和評(píng)估方法包括檢測(cè)心肌損傷標(biāo)志物、心電圖、心臟超聲、心臟核磁共振和心內(nèi)膜活檢等。心內(nèi)膜活檢顯示心肌內(nèi)T淋巴細(xì)胞(以CD8+T淋巴細(xì)胞為主)和巨噬細(xì)胞浸潤(rùn)[2,35]。免疫檢查點(diǎn)抑制劑相關(guān)心肌炎較其他心肌炎患者預(yù)后也差，因此這類患者應(yīng)及早快速準(zhǔn)確診斷和治療。

目前免疫檢查點(diǎn)抑制劑相關(guān)心肌炎主要采用大劑量激素治療，對(duì)激素?zé)o反應(yīng)患者可考慮使用其他免疫抑制劑、大劑量免疫球蛋白和免疫吸附等措施。限制活動(dòng)、根據(jù)指南完善心功能不全和心律失常治療是基礎(chǔ)治療。存活的心肌炎患者中，部分患者出院時(shí)心功能可部分或完全恢復(fù)，但一些患者在未來(lái)會(huì)發(fā)展為擴(kuò)張型心肌病，預(yù)后差。鑒于可能存在未診斷的無(wú)癥狀亞臨床心肌炎，因此使用免疫檢查點(diǎn)抑制劑的患者都應(yīng)考慮有可能發(fā)生心功能不全[2]。

總之，心肌炎是臨床仍面臨挑戰(zhàn)的一類心血管疾病，發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，臨床預(yù)后差。PD-1/PD-L1可能通過(guò)調(diào)控心肌抗原特異性T淋巴細(xì)胞活性、抑制心肌肌鈣蛋白抗體和炎癥反應(yīng)等機(jī)制抑制心肌炎的發(fā)生，其調(diào)控作用的發(fā)揮與機(jī)體遺傳易感性有關(guān)。PD-1/PD-L1等免疫檢查點(diǎn)抑制劑相關(guān)心肌炎較一般心肌炎預(yù)后更差，使用免疫檢查點(diǎn)抑制劑患者需注意發(fā)生心肌炎及心功能不全風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)盡早診斷和盡早治療。明確PD-1/PD-L1調(diào)控心肌炎發(fā)病的機(jī)制，將可能為治療心肌炎提供新靶點(diǎn)。