PD-1/PD-L1在支氣管哮喘中的研究進(jìn)展

雷蕙任 莫碧文

桂林醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院呼吸與危重癥醫(yī)學(xué)科541001

近年來,人們逐漸認(rèn)識到支氣管哮喘 (哮喘)是一種發(fā)病率逐年增高的呼吸道疾病,而我國約有3 000萬的哮喘患者,嚴(yán)重影響人們的生活質(zhì)量[1]。哮喘本質(zhì)是慢性氣道炎癥,表現(xiàn)為氣道高反應(yīng)性、可逆氣流受限、氣道重塑和特征性氣道炎癥。已有大量報道證實CD4+T 細(xì)胞作為淋巴細(xì)胞的重要組成部分,參與哮喘免疫過程。而T 細(xì)胞的活化依賴兩個 “坐標(biāo)”信號,最初的信號主要是由主要抗原遞呈細(xì)胞表面的組織相容性復(fù)合體-抗原肽復(fù)合物組成,然而,這個信號不足以激活T 細(xì)胞,還需要來自協(xié)同刺激分子的非特異性信號,它可分為3大類:TNF家族、細(xì)胞因子家族和B7家族 (免疫球蛋白超家族),而程序性死亡配體-1 (programmed cell death-ligands-1,PD-L1)作為B7家族中的一員,向T 細(xì)胞提供負(fù)性共刺激分子[2-3]。它與程序性死亡受體-1 (programmed cell death-1,PD-1)是調(diào)節(jié)T 細(xì)胞免疫應(yīng)答和T 細(xì)胞介導(dǎo)的外周免疫應(yīng)答的關(guān)鍵因子[4]。現(xiàn)PD-1/PD-L1在哮喘中的作用已逐漸被人們所認(rèn)知,為此就這一通路在哮喘的研究作一綜述。

1 PD-1/PD-L1通路的結(jié)構(gòu)、特征、分布與免疫調(diào)節(jié)

PD-L1 又稱B7-H1 或CD274,由人類9 號染色體p24.1.2位點的PDCDL1基因編碼,于1997年首次被Dong等[5]發(fā)現(xiàn),并確認(rèn)為B7 蛋白家族的第三個成員,與B7.1和B7.2蛋白具有15%～20%的同源性。PD-L1是一類跨膜蛋白,包括由30 個氨基酸組成的胞內(nèi)段以及由Ig V 樣、IgC樣結(jié)構(gòu)域、疏水性跨膜結(jié)構(gòu)域和短胞質(zhì)尾組成的胞外段[6]。PD-L1分布廣泛,不僅表達(dá)于造血細(xì)胞 (T 細(xì)胞、B細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞和中性粒細(xì)胞),也表達(dá)于一些非造血組織 (心臟、胰腺、胎盤、血管內(nèi)皮、肌肉、肝臟、肺、眼和皮膚組織)[5,7-8]。

PD-1作為PD-L1的受體,又稱為CD279,是由京都大學(xué)Ishida等[9]從參與程序性細(xì)胞死亡的基因篩選中發(fā)現(xiàn)的,屬于CD28超家族中的一員,是由PDCD1基因編碼的Ⅰ型跨膜蛋白,由288個氨基酸組成 (50 000-55 000),包含胞外Ig V 樣結(jié)構(gòu)域和跨膜區(qū)域,以及胞內(nèi)區(qū)[10]。PD-1 通常在活化的CD4+T 細(xì)胞、CD8+T 細(xì)胞、自然殺傷細(xì)胞和T細(xì)胞上表達(dá)[11]。

近年研究發(fā)現(xiàn)PD-1是T 淋巴細(xì)胞中出現(xiàn)的一種關(guān)鍵的免疫抑制受體,它通過識別腫瘤細(xì)胞表達(dá)的PD-L1來介導(dǎo)免疫抑制,而免疫檢查點抑制劑是目前最成功的癌癥免疫治療藥物[12]。抑制PD-1/PD-L1信號通路被廣泛認(rèn)為是治療多種惡性腫瘤的革命性方法,目前已有相應(yīng)的免疫抑制劑應(yīng)用于臨床腫瘤患者的免疫治療[13]。此外,在風(fēng)濕免疫系統(tǒng)疾病研究中發(fā)現(xiàn)類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎患者淋巴細(xì)胞上的PD-L1表達(dá)增高,且與疾病的活動狀態(tài)密切相關(guān)[14]。更有研究發(fā)現(xiàn)慢性乙型肝炎病毒 (hepatitis B virus,HBV)感染時患者的CD8+T 細(xì)胞上PD-1的表達(dá)水平明顯高于正常人,且血清HBV DNA 滴度與CD8+T 細(xì)胞上的PD-1水平呈顯著正相關(guān)[15]。以上研究表明PD-1/PD-L1通路作用廣泛,為我們治療免疫、腫瘤、感染等疾病提供了新視角。

2 PD-1/PD-L1通路與哮喘

Dmitrieva-Zdorova等[16]通過采用限制性片段長度多態(tài)性聚合酶鏈反應(yīng)技術(shù)首次發(fā)現(xiàn)俄羅斯人PDCD1 基因PD-1.3與哮喘及其嚴(yán)重程度和血清總免疫球蛋白E(immunoglobulin E,IgE)顯著相關(guān),且最新研究發(fā)現(xiàn)哮喘小鼠外周血及肺泡灌洗液中可溶性PD-1含量升高,而哮喘患者外周血可溶性PD-L1含量升高,此外,有報道指出哮喘患者誘導(dǎo)痰中的嗜酸粒細(xì)胞及中性粒細(xì)胞上的PD-L1的表達(dá)升高[17-19]。以上說明PD-1/PD-L1 通路與哮喘發(fā)病密切相關(guān),其具體機制如何呢?

2·1 PD-1/PD-L1 通路與T 細(xì)胞 1 型輔助性T 細(xì)胞(helper T cell 1,Th1)/2型輔助性T 細(xì)胞 (helper T cell 2,Th2)免疫細(xì)胞失衡被認(rèn)為是經(jīng)典的哮喘發(fā)病理論,激活的Th2細(xì)胞及其分泌的細(xì)胞因子,如IL-4、IL-5 和IL-13等調(diào)節(jié)因子可促進(jìn)慢性炎癥和氣道高反應(yīng)性,而Th1細(xì)胞因子,如干擾素γ (interferon-γ,IFN-γ)可阻止輕度至中度哮喘患者病程進(jìn)展[20-22]。既往研究表明蟑螂致敏的哮喘小鼠在過繼從BALB/c小鼠肺臟分離的CD4+CD25+調(diào)節(jié)性T 細(xì)胞 (regulatory T cell,Treg)后氣道高反應(yīng)性下降,支氣管肺泡灌洗液 (bronchoalveolar lavage fluid,BALF)IL-4、IL-5和IL-13降低,而PD-1作為激活Treg效應(yīng)的關(guān)鍵受體,進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)加入PD-1抗體可阻斷上述氣道高反應(yīng)性及氣道炎癥的改善[23]。而近期研究發(fā)現(xiàn)急性發(fā)作哮喘患者外周血PD-1濃度顯著降低,且PD-1濃度與IFN-γ濃度、Th1細(xì)胞比率呈正相關(guān),與IL-4、Th2細(xì)胞比率呈負(fù)相關(guān),提示哮喘患者可能通過PD-1與受體結(jié)合后抑制T 細(xì)胞活性,造成機體Th1/Th2免疫失衡,進(jìn)而參與嗜酸粒細(xì)胞哮喘[24]。

雖然Th1和Th2免疫細(xì)胞失衡在哮喘發(fā)病機制中發(fā)揮重要作用,但它仍然不能完全解釋哮喘的發(fā)展。研究證實除了Th1/Th2細(xì)胞失衡,還有輔助性T 細(xì)胞17 (helper T cell 17,Th17)/Treg細(xì)胞失衡也參與了哮喘發(fā)病[25]。在屋塵螨誘導(dǎo)的C3H 哮喘小鼠模型中加入PD-1或PD-L1抗體阻斷PD-1/PD-L1通路后肺部中性粒細(xì)胞聚集增多,但與McGee等[23]的研究結(jié)果不同是在加入PD-1或PD-L1抗體后Th2細(xì)胞因子IL-4、IL-5、IL-13無明顯改變,且血清總Ig E不受影響,提示在過敏原誘導(dǎo)的C3H 哮喘小鼠模型中,PD-1/PD-L1軸對Th2 免疫應(yīng)答的抑制作用有限,但在抑制Th17反應(yīng)中起著重要作用,而在不同品種的小鼠中抑制T 細(xì)胞反應(yīng)的能力可能不同。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)PDCD1敲基因 (PDCD1-/-)組小鼠的CD4+IFN-γ+T 細(xì)胞及CD4+IL-17A+T 細(xì)胞比率增加,IFN-γ和IL-17A 的表達(dá)升高,提示PD-1/PD-L1通路可能通過抑制Th17細(xì)胞活性進(jìn)而參與哮喘發(fā)病[26]。另有報道表明中性粒細(xì)胞哮喘患兒BALF中可溶性PD-L1的表達(dá)水平升高,與Th17型細(xì)胞因子粒細(xì)胞-巨噬細(xì)胞集落刺激因子、IL-6、IL-17 呈正相關(guān),但與Th2細(xì)胞因子IL-4無明顯相關(guān),而在急性哮喘小鼠模型誘導(dǎo)期加入PD-L1抗體可減輕氣道炎癥并降低黏液分泌,提示阻斷PD-L1可影響哮喘的進(jìn)展[27]。此外,在輕度持續(xù)性組和中度至重度持續(xù)性組的哮喘兒童可檢測到PD-1+Treg細(xì)胞及PD-1+Th17細(xì)胞異常升高,而PD-L1+Treg及PD-L1+Th17顯著降低,體外分離培養(yǎng)CD4+T 細(xì)胞,在加入PD-1抗體后可觀察到Treg細(xì)胞比例增加及調(diào)控Treg轉(zhuǎn)錄分化的叉頭翼狀螺旋轉(zhuǎn)錄因子3 (forkhead pterygoid transcription factor 3,Foxp3)m RNA 表達(dá)升高,而Th17細(xì)胞比例及Th17細(xì)胞分化成熟的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子維甲酸相關(guān)孤兒受體γ的胸腺異構(gòu)體m RNA 減少,在哮喘動物模型中加入PD-1抗體后Treg/Th17細(xì)胞比例發(fā)生失衡,以上數(shù)據(jù)表明抗PD-1 能夠降低哮喘患兒CD4+T 細(xì)胞Th17的分化,誘導(dǎo)Treg在體外的差異表達(dá)。此外,研究發(fā)現(xiàn)PD-1+Treg、PD-1+Th17比例與總Ig E、嗜酸粒細(xì)胞比值呈正相關(guān),與哮喘控制測試評分、第1秒用力呼氣容積占預(yù)計值百分比 (forced expiratory volume in one second as a percentage of expected value,FEV1%pred)、FEV1/FVC呈負(fù)相關(guān),進(jìn)一步說明PD-1/PD-L1 通路可能通過Treg/Th17細(xì)胞失衡影響肺功能和哮喘兒童的氣道炎癥[28]。由此提示PD-1/PD-L1通路會對不同的CD4+T 細(xì)胞亞群產(chǎn)生不同的影響。

在哮喘相關(guān)的臨床研究中發(fā)現(xiàn)患者外周血CD4+T 細(xì)胞PD-1表達(dá)與總IgE呈負(fù)相關(guān),表明PD-1表達(dá)可能對循環(huán)CD4+有保護作用[29],但另一項研究發(fā)現(xiàn)哮喘患者PD-1+CD4+T 細(xì)胞的百分比和絕對計數(shù)顯著升高,卻和IgE沒有任何明顯的關(guān)聯(lián)[30]。這表明PD-1/PD-L1 通路在哮喘的相關(guān)研究中存在著矛盾,而具體原因需要我們進(jìn)一步探索。另外,癌癥患者T 細(xì)胞免疫功能受抑制,外周血sPD-L1水平升高[31];同樣,哮喘患者外周血sPD-L1水平升高[18],Th17細(xì)胞活性受抑制,那么血清sPD-L1水平能否反映哮喘患者的T 細(xì)胞功能狀態(tài)值得進(jìn)一步研究。

2·2 PD-1/PD-L通路與氣道高反應(yīng)性 早期研究發(fā)現(xiàn)加入PD-1抗體或PD-L1抗體后可阻斷PD-1/PD-L1通路進(jìn)而增加小鼠氣道反應(yīng)性[26]。在利用卵清蛋白 (ovalbumin,OVA)誘導(dǎo)的小鼠哮喘模型中,PD-L1-/-組小鼠與對照組小鼠相比,氣道高反應(yīng)性降低,肺部炎癥減輕,而OVA致敏的Ja18-/-小鼠在過繼PD-L1-/-小鼠的恒定自然殺傷(invariant natural killer T,iNKT)細(xì)胞未見明顯的氣道高反應(yīng)性,并只表現(xiàn)為輕微的氣道炎癥,表明PD-L1在依賴iNKT 細(xì)胞途徑導(dǎo)致的氣道高反應(yīng)性及氣道炎癥方面具有重要而獨特的作用[32]。Singh 等[2]發(fā)現(xiàn)樹突狀細(xì)胞的PD-L1與iNKT 細(xì)胞上的PD-1的結(jié)合可導(dǎo)致Th2細(xì)胞分泌的IL-4增多,Th1細(xì)胞因子IFN-γ降低,進(jìn)而增加氣道高反應(yīng)性。此外,在用OVA 聯(lián)合雙鏈多核甘酸Poly IC 致敏的哮喘小鼠誘導(dǎo)期加入PD-L1抗體,與加入IgG 抗體的對照組相比氣道高反應(yīng)性和BALF 中IL-13降低,表明PDL1可以增加氣道高反應(yīng)性[33]。Starkey等[34]首次證實早期衣原體導(dǎo)致的呼吸道感染可誘導(dǎo)PD-L1產(chǎn)生,進(jìn)而導(dǎo)致嚴(yán)重炎癥,肺功能永久性下降,并在后期發(fā)展為更嚴(yán)重的過敏性氣道疾病 (如哮喘),其中肺單核細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞、CD4+T 和CD8+T 細(xì)胞是衣原體感染誘導(dǎo)肺組織PD-1、PD-L1表達(dá)產(chǎn)生的主要來源。與此同時,抑制PD-1對病毒載量無明顯影響,卻顯著抑制了肺部炎癥,并顯著降低肺泡灌洗液IL-13 的受體IL-13Ra2 水平,而IFN-γ 表達(dá)增加。由此可知PD-1/PD-L1 在促進(jìn)哮喘氣道高反應(yīng)性的發(fā)生發(fā)揮重要作用,是促進(jìn)病情加重的不利因素。

3 展望

哮喘是一種T 細(xì)胞參與的慢性免疫性氣道炎癥,綜上所述PD-1/PD-L1通路對不同的CD4+T 細(xì)胞亞群發(fā)揮不同的作用。目前使用PD-1/PD-L1 免疫抑制劑已讓部分肺癌患者從中受益,而對于肺癌合并哮喘的患者,PD-1/PD-L1抑制劑的使用是否能讓患者更受益,PD-1/PD-L1能否成為哮喘診治新靶點值得我們更深一步地研究。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突