免疫檢查點在結(jié)核病治療中的作用

吳娟 石文 談綺 解衛(wèi)平 王虹

南京醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院呼吸與危重癥醫(yī)學(xué)科210029

結(jié)核病是由結(jié)核分枝桿菌(mycobacterium tuberculosis,Mtb)引起的慢性呼吸道傳染病,是全球第二大常見的傳染病,也是最常見的死亡原因之一。2017年全球約有1 000萬新發(fā)病例,約2/3來自于包括中國在內(nèi)的發(fā)展中國家[1]。結(jié)核病發(fā)病機(jī)制與機(jī)體免疫密切相關(guān),大多數(shù)感染Mtb的個體都會產(chǎn)生保護(hù)性免疫應(yīng)答,終身處于無癥狀的結(jié)核潛伏感染(latent Mtb infection,LTBI)狀態(tài),只有約5%～10%的HIV 陰性的LTBI可能進(jìn)展為活動性結(jié)核病(active tuberculosis,ATB)[2]。免疫功能減弱可能導(dǎo)致LTBI復(fù)發(fā)。

免疫檢查點是免疫系統(tǒng)中提供共抑制信號的調(diào)節(jié)因子,有利于機(jī)體維持自身耐受及避免自身免疫發(fā)生,保持機(jī)體共刺激和共抑制信號之間的平衡對維持機(jī)體免疫穩(wěn)態(tài)至關(guān)重要。感染后免疫檢查點提供的抑制信號可通過控制免疫反應(yīng)的時間和強(qiáng)度減輕組織損傷,但其持續(xù)的高表達(dá)狀態(tài)可能導(dǎo)致T 細(xì)胞耗竭,不利于結(jié)核感染的控制。因此,調(diào)節(jié)免疫檢查點功能,有望成為結(jié)核病控制的新手段。目前越來越多研究顯示,免疫檢查點可能參與了結(jié)核病的發(fā)病、療效及轉(zhuǎn)歸。目前認(rèn)為免疫檢查點包括程序性死亡分子受體1(progmmmed death-1,PD-1)、細(xì)胞毒T 淋巴細(xì)胞相關(guān)抗原4(cytotoxic T lymphocyte-associated antigen-4,CTLA-4)、T 細(xì)胞免疫球蛋白黏蛋白3(T cells immunoglobulin mucin 3,TIM-3)、淋巴細(xì)胞活化基因3(lymphocyte activation gene-3,LAG-3)等[3-4]。已有大量研究顯示結(jié)核感染使體內(nèi)多種免疫細(xì)胞表面的免疫檢查點分子表達(dá)上調(diào),這些分子參與了機(jī)體固有免疫與適應(yīng)性免疫過程,并與T 細(xì)胞耗竭密切相關(guān),有望成為結(jié)核病的新型治療靶點。

1 結(jié)核病的免疫學(xué)機(jī)制

結(jié)核感染是病原體與宿主免疫系統(tǒng)相互斗爭的過程。Mtb為胞內(nèi)寄生菌,宿主免疫反應(yīng)以CD4+和CD8+T 淋巴細(xì)胞介導(dǎo)的細(xì)胞免疫應(yīng)答為主。Mtb入侵后,包括樹突狀細(xì)胞及巨噬細(xì)胞在內(nèi)的抗原呈遞細(xì)胞(antigen presenting cell,APC)通過模式識別受體識別Mtb,誘導(dǎo)自身成熟和活化,促進(jìn)效應(yīng)細(xì)胞因子的釋放、共刺激分子的表達(dá)和殺菌分子的產(chǎn)生。隨后載有 Mtb抗原的APC 向次級淋巴器官遷移,將抗原呈遞給T 細(xì)胞。T 細(xì)胞受體(T cell receptor,TCR)識別APC上的抗原肽-主要組織相容性復(fù)合體(major histocompatibility complex,MHC)Ⅰ/Ⅱ復(fù)合物后啟動T 細(xì)胞介導(dǎo)的免疫應(yīng)答,但是由MHC提供的第一信號不足以活化初始T 細(xì)胞,還需要由多種協(xié)同共刺激分子受體與其配體結(jié)合后提供的協(xié)同共刺激信號的參與,才能完全激活T 細(xì)胞,促使其增殖并遷移至感染部位,最后直接或間接通過其他效應(yīng)細(xì)胞或因子發(fā)揮抗感染作用[3]。

T 細(xì)胞耗竭是指持續(xù)的抗原刺激后T 細(xì)胞進(jìn)入的一種低功能的狀態(tài),主要表現(xiàn)為T 細(xì)胞增殖能力降低、相關(guān)細(xì)胞因子釋放減少和T 細(xì)胞表面抑制性受體增加[5-6]。大量體內(nèi)和體外研究發(fā)現(xiàn)長期Mtb刺激使T 細(xì)胞對Mtb特異性抗原的免疫應(yīng)答能力下降,伴有T 表面PD-1、CTLA-4、TIM-3、LAG-3等抑制性受體的表達(dá)增加,阻斷這些抑制性受體的表達(dá),可以增強(qiáng)機(jī)體對Mtb的免疫應(yīng)答反應(yīng)。因此,T 細(xì)胞耗竭是結(jié)核病慢性持續(xù)感染的主要機(jī)制之一,T 細(xì)胞表面增高的抑制性受體,可作為T 細(xì)胞耗竭的標(biāo)志物,有望成為未來結(jié)核治療的新靶點[5]。

2 免疫檢查點和結(jié)核病

2.1 PD-1/程序性死亡分子配體1(programmed cell death 1 ligand 1,PD-L1)通路 PD-1是CD28/B7超家族成員,主要表達(dá)于活化的T 細(xì)胞、B 細(xì)胞、自然殺傷(natural killer,NK)細(xì)胞和單核細(xì)胞表面,多種刺激物均可使其表達(dá)上調(diào)。PD-1與PD-L1結(jié)合后,通過抑制T 細(xì)胞增殖與活化、促進(jìn)抗原特異性T 細(xì)胞凋亡、減少調(diào)節(jié)性T 細(xì)胞(regulatory T cell,Treg)凋亡等機(jī)制,抑制結(jié)核感染宿主的免疫反應(yīng)[7]。

與健康人、LTBI人群相比,活動性結(jié)核患者外周血CD4+T 細(xì)胞、NK 細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、單核細(xì)胞等細(xì)胞表面 PD-1、PD-L1表達(dá)增高,干擾素-γ(interferon-γ,IFN-γ)、IL-2等細(xì)胞因子分泌減少。有效的抗結(jié)核治療可減少PD-1、PD-L1 的表達(dá),阻斷PD-1 可減少 T 細(xì)胞凋亡[8-9]。此外,PD-1 可能也參與了結(jié)核患者的耐藥形成,Li等[10]發(fā)現(xiàn)耐多藥結(jié)核(multidrug-resistant tuberculosis,MDR-TB)患者外周血Treg比例,較藥物敏感組及健康組顯著增高,而且與Treg表面PD-1的表達(dá)量相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)結(jié)核感染過程中,PD-1/PD-L1可同時抑制人體的固有免疫和適應(yīng)性免疫,阻斷PD-1/PD-L1 信號通路不僅可以增強(qiáng)巨噬細(xì)胞吞噬活性和其對胞內(nèi)病原體的殺傷活性[11],還可以增強(qiáng)CD4+T 淋巴細(xì)胞的增殖、活化及黏附能力,促進(jìn)IFN-γ、IL-2等效應(yīng)細(xì)胞因子的分泌,減少Th1細(xì)胞的凋亡[8]。但Day等[9]認(rèn)為PD-1的適當(dāng)表達(dá)可增強(qiáng)Mtb特異性CD4+T 細(xì)胞免疫,他們通過體外Mtb刺激結(jié)核患者的CD4+T 細(xì)胞,發(fā)現(xiàn)PD-1高表達(dá)的CD4+T 細(xì)胞具有更強(qiáng)的增殖能力,更高的分泌Th1型細(xì)胞因子的能力。目前還沒有應(yīng)用PD-1/PD-L1抗體治療結(jié)核病的臨床研究及報道,但有臨床病例報道非小細(xì)胞肺癌合并LTBI的患者,使用抗PD-1單克隆抗體治療,LTBI發(fā)展為ATB,肺活檢病理顯示彌漫性淋巴細(xì)胞浸潤,提示過度的免疫反應(yīng)可能參與了結(jié)核病的發(fā)展[12]。

動物實驗發(fā)現(xiàn),PD-1基因敲除可使小鼠對結(jié)核病易感性增加,Mtb特異性T 淋巴細(xì)胞增殖降低,Treg細(xì)胞比例增高,自噬相關(guān)蛋白表達(dá)降低,表現(xiàn)為肺部過度的炎癥及壞死、Mtb快速生長繁殖,過度的免疫反應(yīng)引發(fā)的組織損傷是導(dǎo)致結(jié)核感染小鼠死亡的原因之一[13-14]。該研究結(jié)果提示PD-1通過抑制機(jī)體過度免疫反應(yīng),對機(jī)體發(fā)揮免疫保護(hù)作用。

因此,免疫細(xì)胞基礎(chǔ)水平的PD-1表達(dá)有利于維持免疫系統(tǒng)穩(wěn)定,但PD-1的持續(xù)、過度表達(dá),可導(dǎo)致免疫功能下降甚至缺陷,PD-1在結(jié)核感染中的作用和相關(guān)機(jī)制值得進(jìn)一步研究,通過調(diào)控PD-1的表達(dá),協(xié)助抗結(jié)核藥物更好的控制結(jié)核病。

2.2 CTLA-4通路 CTLA-4也是CD28/B7超家族成員,主要表達(dá)在活化的T 細(xì)胞、Treg 細(xì)胞上。APC 可通過MHC-TCR 相互作用向T 細(xì)胞呈遞抗原,并通過CD80/CD86與T 細(xì)胞表面CD28的結(jié)合來刺激T 細(xì)胞活化,而CTLA-4在結(jié)構(gòu)上與CD28 相似,且在結(jié)合CD80 和CD86方面擁有比CD28 更高的親和力。因此CTLA-4 可競爭性結(jié)合APC表面的CD80 和CD86,阻斷CD28 的共刺激信號,抑制T 細(xì)胞活化[15]。

體外實驗研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),與健康人相比,結(jié)核患者外周血中CD4+T 細(xì)胞表面的PD-1、CTLA-4表達(dá)增加,并與Mtb特異性IFN-γ水平顯著相關(guān)[16],有效的抗結(jié)核治療可以促進(jìn)Mtb特異性CD4+T 細(xì)胞增殖、分化和分泌效應(yīng)細(xì)胞因子,降低PD-1、CTLA-4的表達(dá)量,且CTLA-4降低更明顯[8]。CTLA-4可能還與結(jié)核病患者的Th17細(xì)胞、濾泡輔助性T(T follicular helper,Tfh)淋巴細(xì)胞、Treg細(xì)胞等免疫細(xì)胞功能相關(guān)。Th17 細(xì)胞是除Th1 細(xì)胞外,具有協(xié)調(diào)抗結(jié)核作用的重要的淋巴細(xì)胞類型,其分泌的細(xì)胞因子IL-17和IL-23 對結(jié)核感染的早期非常重要。Babu等[17]報道結(jié)核感染患者體內(nèi)Th17細(xì)胞因子水平降低,并與CTLA-4的水平呈負(fù)相關(guān),體外阻斷CTLA-4 可增加Th17細(xì)胞因子水平。Tfh細(xì)胞是促進(jìn)和維持體液免疫所必需的一個CD4+T 細(xì)胞亞群。Kumar等[18]發(fā)現(xiàn)ATB 患者體內(nèi)Tfh細(xì)胞的比例明顯低于LTBI組,體外阻斷CTLA-4則可上調(diào) Mtb 抗原誘導(dǎo) Tfh 細(xì)胞比例。與PD-1 相似,CTLA-4也可能與結(jié)核患者的耐藥性相關(guān)。Li等[10]報道MDR-TB患者外周血中顯著增高的Treg細(xì)胞比例與其表面PD-1的表達(dá)量相關(guān)。最近Davids等[19]也發(fā)現(xiàn)泛耐藥結(jié)核病患者外周血Treg細(xì)胞比例較藥物敏感組和LTBI組增高,敲除CTLA-4基因可減弱Treg細(xì)胞對抗結(jié)核免疫反應(yīng)的抑制作用。此外,CTLA-4 基因表型可能和結(jié)核病的發(fā)病風(fēng)險及疾病嚴(yán)重程度相關(guān)[20]。CTLA-4是定量調(diào)節(jié)機(jī)體免疫穩(wěn)態(tài)的關(guān)鍵因子,基因敲除和CTLA-4阻斷抗體治療誘導(dǎo)的CTLA-4缺陷都可能導(dǎo)致免疫失調(diào)和自身免疫性疾病的發(fā)生[21],CTLA-4阻斷劑在腫瘤治療中已獲得廣泛的關(guān)注和認(rèn)可,但在結(jié)核病防治中的應(yīng)用研究還需進(jìn)一步加強(qiáng)。

在結(jié)核小鼠模型上,Mtb 抗原可誘導(dǎo)Th1 細(xì)胞和Th17細(xì)胞表面CTLA-4 表達(dá)上調(diào),與 Th1 細(xì)胞相比,Th17細(xì)胞的CTLA-4表達(dá)量顯著增加,體外阻斷實驗表明Th17細(xì)胞對CTLA-4共抑制更敏感,而對CTLA-4免疫球蛋白的抑制作用不敏感[22]。

因此,CTLA-4在結(jié)核感染中主要發(fā)揮免疫抑制作用,其有望成為控制結(jié)核病的有效靶點,但其在結(jié)核病發(fā)病機(jī)制中的具體機(jī)制仍需進(jìn)一步研究。

2.3 TIM-3/半乳糖凝集素-9(galectin-9,gal-9)通路

TIM-3屬于免疫球蛋白超家族,主要表達(dá)于T 細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞表面。gal-9是TIM-3的配體之一,gal-9通過與Th1細(xì)胞表面TIM-3-Ig V 結(jié)構(gòu)域上的寡糖鏈相互作用,負(fù)向調(diào)控Th1型免疫應(yīng)答[3]。

體外實驗發(fā)現(xiàn),與LTBI組、健康組相比,ATB 患者CD4+T 細(xì)胞、CD8+T 細(xì)胞、NK 細(xì)胞、Tfh細(xì)胞表面的TIM-3表達(dá)增高,體外Mtb抗原刺激也可增加TIM-3表達(dá)水平,TIM-3表達(dá)水平與免疫細(xì)胞功能缺陷、肺結(jié)核病情嚴(yán)重程度有關(guān),抗結(jié)核治療后細(xì)胞TIM-3 表達(dá)水平降低,體外阻斷TIM-3可促進(jìn)免疫細(xì)胞活化,增加效應(yīng)細(xì)胞因子的分泌[23-24]。Sada-Ovalle等[25]對 HIV 感染患者和健康人研究發(fā)現(xiàn),體外阻斷T 細(xì)胞表面的TIM-3、PD-1,可增強(qiáng)巨噬細(xì)胞和T 細(xì)胞共培養(yǎng)體系抑制Mtb增殖的能力。與單獨阻斷TIM-3相比,同時阻斷TIM-3 和PD-1,抗菌效果無明顯改變,而單獨阻斷PD-1,抗結(jié)核菌效果減弱,提示在抑制T 細(xì)胞效應(yīng)中,TIM-3 可能比PD-1 發(fā)揮更重要的作用。以上結(jié)果提示,與PD-1相似,TIM-3的表達(dá)可抑制免疫系統(tǒng)抗Mtb感染的能力,且與PD-1 相比,TIM-3 可能發(fā)揮更重要的作用。

在小鼠模型中,結(jié)核菌慢性持續(xù)感染可增加Th1細(xì)胞在內(nèi)的CD4+T 細(xì)胞表面TIM-3的表達(dá),T 細(xì)胞功能的耗竭,TIM-3阻斷有利于恢復(fù)T 細(xì)胞功能,抑制結(jié)核菌的生長繁殖[26]。另外,Kim 等[27]發(fā)現(xiàn) Mtb可通過促進(jìn)樹突狀細(xì)胞表達(dá)PD-1、PD-L1、TIM-3等免疫檢查點分子的表達(dá),抑制其免疫活性,抑制Th1型細(xì)胞免疫功能,有利于結(jié)核菌的生長繁殖。與PD-1、CTLA-4相似,TIM-3也有望成為治療結(jié)核病的新靶點。

2.4 LAG-3通路 LAG-3屬于免疫球蛋白超家族,主要表達(dá)在活化的T 淋巴細(xì)胞、NK 細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞表面,與CD4分子結(jié)構(gòu)相似,可競爭性抑制CD4-MHC-Ⅱ抗原呈遞作用,抑制Th1 型細(xì)胞免疫[4]。Phillips等[28]報道,感染Mtb的獼猴肺組織CD4+T 細(xì)胞的LAG-3的表達(dá)增加,其表達(dá)量與Mtb負(fù)荷相關(guān)；阻斷LAG-3 可增強(qiáng)機(jī)體免疫系統(tǒng)對Mtb的殺傷作用,同時伴有線粒體電子轉(zhuǎn)運(yùn)的減少和IFN-γ表達(dá)的增加,提示在結(jié)核感染過程中,LAG-3可能通過干擾線粒體凋亡途徑,抑制Th1型免疫應(yīng)答。因此LAG-3在結(jié)核發(fā)病機(jī)制中可能發(fā)揮了免疫抑制的作用,但其在結(jié)核病控制中的研究相對較少,需要進(jìn)一步研究其作用機(jī)制及其臨床應(yīng)用。

3 總結(jié)與展望

上述免疫檢查點抑制劑已在惡性腫瘤,特別是黑色素瘤、肺癌、前列腺癌等的治療中顯示了良好的應(yīng)用價值[13,29],以上研究結(jié)果已經(jīng)顯示了免疫檢查點抑制劑在結(jié)核病發(fā)生發(fā)展中的作用及其臨床應(yīng)用前景。針對免疫檢查點信號通路的治療策略是一種較有前景的針對結(jié)核感染宿主的免疫治療手段。PD-1、CTLA4、TIM3、LAG3等免疫檢查點可通過多種機(jī)制干預(yù)宿主免疫細(xì)胞的功能,在結(jié)核感染的免疫機(jī)制中發(fā)揮重要作用,有望成為結(jié)核病治療的新靶標(biāo)。未來免疫檢查點在結(jié)核病中的作用及其機(jī)制仍需進(jìn)一步研究,未來更好的用于結(jié)核病的有效控制。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突