Tim-3在腫瘤中的免疫研究進(jìn)展

王寒黎，汪向海，秦立龍，汪麗靜

(皖南醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院 呼吸與危重癥醫(yī)學(xué)科，安徽 蕪湖 241000)

0 引言

肺癌目前仍是全球發(fā)病以及死亡率最高的惡性腫瘤之一[1]，免疫治療已成為部分肺癌病人新的選擇治療手段。而同時(shí)免疫檢查點(diǎn)也成為了熱門研究對(duì)象。Tim-3(T-cell immunoglobulin and mucin domain-3)是由Havcr2編碼的一種含有T細(xì)胞免疫球蛋白和粘蛋白域3的細(xì)胞表面分子，最初被發(fā)現(xiàn)作為干擾素(IFNγ)特異性的細(xì)胞表面標(biāo)記物，調(diào)節(jié)CD4+Th1(T helper 1-Th1)和CD8+Tc1(T cytotoxic-Tc1)[2]，后發(fā)現(xiàn)在調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(Treg)、自然殺傷細(xì)胞(NK)、樹突狀細(xì)胞(DC)、巨噬細(xì)胞中有所表達(dá)等[3][4]。Tim基因家族在鼠11號(hào)染色體中有8種(Tim1-Tim8)，而人類染色體5q33.2只有3種(Tim1，Tim3-4)[5]。兩項(xiàng)研究表明[6][7]過(guò)度激活的T細(xì)胞和髓細(xì)胞導(dǎo)致淋巴細(xì)胞增生癥及T細(xì)胞淋巴瘤，這兩種疾病與Havcr2突變相關(guān)，Tim-3作為負(fù)性調(diào)節(jié)因子或者免疫檢查點(diǎn)。免疫反應(yīng)需要T細(xì)胞表面共刺激物質(zhì)和呈遞細(xì)胞(APC)表面的共刺激物質(zhì)互相作用，Tim-3和PD-1(programmed death -1，PD-1)單抗是其重要的負(fù)性調(diào)節(jié)因子，抑制CD8+T細(xì)胞分泌TNF-γ和IL-2，最終抑制T細(xì)胞免疫反應(yīng)[8][9]。研究發(fā)現(xiàn)Tim-3在多種腫瘤細(xì)胞如白血病、肝癌、肺癌、黑色素瘤、胃癌等都有表達(dá)，且Tim-3與免疫疾病及腫瘤息息相關(guān)[10-12]。

1 Tim-3結(jié)構(gòu)與T細(xì)胞

Tim家族是具有一定相似結(jié)構(gòu)的Ⅰ型膜蛋白，包括可變的免疫球蛋白V區(qū)、不同長(zhǎng)度的糖基化粘蛋白區(qū)和跨膜區(qū)[13]。除了Tim-4外Tim家族都含有酪氨酸信號(hào)的胞質(zhì)尾區(qū)。Tim-3信號(hào)傳導(dǎo)過(guò)程中，Tim-3胞質(zhì)尾區(qū)的酪氨酸Y256和Y263與HLA-B相關(guān)轉(zhuǎn)錄物3(HLA-Bat3，B-associated transcript 3)[14]和SH2(Src homology 2)相互作用，與淋巴細(xì)胞特異性蛋白酪氨酸激酶(Lck，Lymphocytespecific protein tyrosine kinase)以活性催化的作用形式結(jié)合。Lck磷酸化形成TCR(T Cell receptor)復(fù)合物，隨后Zeta鏈相關(guān)蛋白激酶(ZAP70)聚集到TCR復(fù)合物中，激活ZAP70、LAT(Linker for Activation of T cells)、PLCγ1 (Phospholipase C gamma 1)及Ca2+從而促進(jìn)T細(xì)胞增殖。然而Tim-3配體如半乳糖凝聚集素-9(galectin-9)[15]和癌胚抗原相關(guān)細(xì)胞黏附分子-1(carcinoembyronic antigen-related cell adhesion molecule-1，CEACAM1)[16]通過(guò)酪氨酸激酶白介素-2誘導(dǎo)的T細(xì)胞激酶促發(fā)Y256和Y263磷酸化，導(dǎo)致Bat3釋放，ZAP70、LAT、PLC的下調(diào)，抑制T細(xì)胞增殖。

CD8+T細(xì)胞是腫瘤清除的關(guān)鍵介質(zhì)，腫瘤微環(huán)境(TMETumor microenvironment)中慢性激活抑制信號(hào)時(shí)使CD8+T細(xì)胞處于功能障礙或衰竭的狀態(tài)。失活的T細(xì)胞促進(jìn)產(chǎn)生促炎細(xì)胞因子，以及一些檢查點(diǎn)受體的高表達(dá)。值得注意的是，Tim-3標(biāo)志著CD8+T細(xì)胞功能失調(diào)的亞群。盡管Tim-3導(dǎo)致CD8+T細(xì)胞功能紊亂的確切機(jī)制尚不清楚，但推測(cè)Tim-3可能導(dǎo)致CD8+T細(xì)胞功能紊亂[17][18]。Tim-3通過(guò)拮抗轉(zhuǎn)錄因子TCF-1降低CD8+T細(xì)胞的干細(xì)胞數(shù)[19]，而TCF-1是維持干細(xì)胞和抑制效應(yīng)細(xì)胞分化的重要因子，與PD-1不同，Tim-3的表達(dá)與TCF-1的表達(dá)呈負(fù)相關(guān)[20]。

鑒于黑色素瘤患者的TCF-1+CD8+T細(xì)胞與檢查點(diǎn)阻斷免疫治療的反應(yīng)呈正相關(guān)[21]，在臨床前癌癥模型中，Tim-3和TCF-1之間的潛在調(diào)節(jié)關(guān)系具有臨床相關(guān)性，即CD8+T細(xì)胞中TCF-1+的缺失限制了對(duì)檢查點(diǎn)阻斷的反應(yīng)，Tim-3表達(dá)為陰性[22][23]。在腫瘤淋巴結(jié)、脾臟或血液中的Treg中，Tim-3在人類和小鼠腫瘤中的CD4+調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(Treg)表達(dá)水平更高[24][25]。重要的是，Tim-3+Treg表現(xiàn)出更具抑制性的表型[26]。然而Tim-3信號(hào)如何影響TME中CD8+T細(xì)胞和T細(xì)胞的功能表型尚不完全清楚，研究將需要使用譜系特異性突變小鼠進(jìn)一步探究。

此外，一項(xiàng)研究報(bào)道[27]，在肝細(xì)胞癌患者功能失調(diào)的CD8+T細(xì)胞中，結(jié)合Tim-3的長(zhǎng)非編碼RNA(long-noncoding RNA that binds Tim-3，Lnc-Tim-3)的表達(dá)上調(diào)，Lnc-Tim-3與Tim-3的結(jié)合導(dǎo)致Bat3的釋放，從而降低T細(xì)胞的活化。

2 Tim-3與樹突狀細(xì)胞

在樹突狀細(xì)胞(DC,dendritic cell)-Tim-3信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)模型中，HMGB1(high-mobility group protein B1)可單獨(dú)與多種受體相互作用，也可與DNA或脂多糖復(fù)合。HMGB1受體包括活化糖基化終產(chǎn)物受體(Receptor for Activated Glycation End products，RAGE)、TLR4、TLR2和IL-1R。HMGB1-DNA復(fù)合物與RAGE結(jié)合，導(dǎo)致內(nèi)涵體中TLR9和TLR7被激活，引起一些下游轉(zhuǎn)錄因子的激活，如活化B細(xì)胞的核因子-κ輕鏈增強(qiáng)子(NF-κB，Nuclear factor kappa-light-chain-enhancer of activated B cells)、腫瘤相關(guān)DC的活化。Tim-3可阻斷HMGB1從而抑制NF-κB介導(dǎo)的DC活化。同時(shí)Tim-3與DC的結(jié)合激活Btk(Bruton’s tyrosine kinase)和c-Src，這也抑制NF-κB的激活。Tim-3介導(dǎo)的DC抑制CXCL9的產(chǎn)生，從而減少CD8+T細(xì)胞向腫瘤微環(huán)境的聚集，達(dá)到抗腫瘤的目的[28]。

3 Tim-3配體

3.1 Galectin-9

Galectin-9是一種36kDaβ-d-半乳糖苷C型凝集素，為Tim-3的第一個(gè)配體。Galectin-9是一種分泌性蛋白，與小鼠Tim-3的IgV結(jié)構(gòu)域上的某種碳水化合物結(jié)合，該結(jié)構(gòu)域具有兩個(gè)N-連接的糖基化位點(diǎn)[29]。Galectin-9在T淋巴細(xì)胞、DC細(xì)胞以及自然殺傷細(xì)胞NK細(xì)胞都有較高的表達(dá)，且共同參與合并及其表達(dá)[30]。Galectin-9與T細(xì)胞表面TIM-3結(jié)合，可能類似PD-1產(chǎn)生負(fù)性調(diào)節(jié)刺激[31]，誘導(dǎo)T細(xì)胞衰竭，逃避免疫監(jiān)控而產(chǎn)生免疫逃逸。Tim-3缺乏只減少了galectin-9介導(dǎo)的Th1細(xì)胞40%死亡[29]，這表明galectin-9體內(nèi)給藥的一些效應(yīng)可能是由galectin-9與Tim-3以外的受體結(jié)合介導(dǎo)的。事實(shí)上，galectin-9也被報(bào)道通過(guò)與CD44和IgE的相互作用發(fā)揮多種生物學(xué)功能[32][33]。體外研究乳腺癌細(xì)胞中Galectin-9通過(guò)促進(jìn)癌細(xì)胞聚集來(lái)抑制轉(zhuǎn)移潛能，從而限制腫瘤的侵襲及與血管內(nèi)皮細(xì)胞的結(jié)合，也有報(bào)道證明其能誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡和抑制肝癌的生長(zhǎng)[34]。Galectin-9在腫瘤免疫中的負(fù)性調(diào)節(jié)作用在癌癥患者中的預(yù)后價(jià)值并不明確。另一方面，有研究表明泌尿系統(tǒng)腫瘤[35]和非小細(xì)胞肺癌[36]患者中g(shù)alectin-9高表達(dá)預(yù)測(cè)了更差的臨床預(yù)后。我們需要更多的臨床研究來(lái)證明galectin-9機(jī)制及預(yù)測(cè)價(jià)值。

3.2 PtdSer

磷脂酰絲氨酸(Phosphatidylserine，PtdSer)是一種凋亡細(xì)胞表面帶負(fù)電荷的磷脂，大腦細(xì)胞為主，是Tim家族成員的配體[37]。盡管Tim-3結(jié)合PtdSer的親和力比其他Tim家族成員至少低5倍，但已經(jīng)證實(shí)Tim-3-PtdSer相互作用對(duì)體內(nèi)清除凋亡細(xì)胞很重要，抗Tim-3抗體治療的小鼠脾濾泡中凋亡細(xì)胞數(shù)量有所增加，而血抗dsDNA抗體水平升高[38]。

Tim-3與PtdSer的相互作用在癌癥中的作用尚不清楚，特別是考慮到TME中PtdSer由于多種因素對(duì)癌細(xì)胞的暴露增加，包括氧化應(yīng)激和化療、放療的影響[39]。Tim-3-PtdSer相互作用可能在介導(dǎo)Tim-3表達(dá)的CD8+dc吞噬凋亡細(xì)胞以及隨后凋亡細(xì)胞相關(guān)抗原交叉呈遞到CD8+T細(xì)胞中起重要作用[40]。此外，已有研究表明，B16黑色素瘤細(xì)胞在外表面產(chǎn)生表達(dá)PtdSer的微泡，并能促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)轉(zhuǎn)移[41]。Tim-3在這一機(jī)制中的作用尚不清楚，需要進(jìn)一步研究探討。

3.3 HMGB1

HMGB1(高遷移率家族蛋白1-high-mobility group protein B1)是一種由215個(gè)氨基酸殘基的染色質(zhì)蛋白，被報(bào)道作為Tim-3的配體，由A-box、B-box和羧基末端構(gòu)成[42]。HMGB1可由腫瘤細(xì)胞和其他細(xì)胞分泌，可單獨(dú)作用，也可與DNA或脂多糖復(fù)合物相互作用。HMGB1受體包括RAGE、TLR4、TLR2和IL-1[43]。HMGB1-DNA復(fù)合物與RAGE結(jié)合，導(dǎo)致位于內(nèi)體的TLR9和TLR7的內(nèi)化和激活。這種相互作用可以刺激促炎癥和免疫刺激途徑。TIM-3結(jié)合其A-box結(jié)構(gòu)域后，抑制核酸及HMGBl功能、阻礙Toll樣受體和體內(nèi)固有免疫應(yīng)答[44]。

在小鼠癌癥模型中，Chiba等人[45]表明，DC細(xì)胞上Tim-3作為HMGB1的分子陷阱，從而抑制核酸進(jìn)入內(nèi)質(zhì)體，抑制TME中DC的激活。因此，他們發(fā)現(xiàn)Tim-3阻斷劑可以提高順鉑化療的反應(yīng)效率，而順鉑可以增加人宮頸癌細(xì)胞[46]和結(jié)腸癌細(xì)胞[47]中HMGB1的表達(dá)。Tim-3-PtdSer和Tim-3-HMGB1相互作用在調(diào)節(jié)對(duì)不同化療藥物的反應(yīng)中的相對(duì)作用仍有待確定。

3.4 CEACAM1

癌胚抗原相關(guān)細(xì)胞黏附分子-1(carcinoembyronic antigenrelated cell adhesion molecule-1，CEACAM1)在活化T細(xì)胞上高水平表達(dá)，同時(shí)在DC、單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和黑色素瘤等腫瘤細(xì)胞表達(dá)。CEACAM1能在細(xì)胞內(nèi)外結(jié)合Tim-3，也是Tim-3的配體之一。細(xì)胞內(nèi)結(jié)合對(duì)Tim-3蛋白的成熟起重要作用。在小鼠結(jié)腸炎模型中，CEACAM1 高表達(dá)的T細(xì)胞使其Tim-3水平降低，伴隨著效應(yīng)細(xì)胞因子IFN-γ、IFN-α、IL-17A的增加。細(xì)胞外結(jié)合可以刺激Tim-3釋放Bat3，從而允許Tim-3介導(dǎo)的TCR信號(hào)抑制[16]。

CEACAM1和Tim-3在TME功能失調(diào)的CD8+T細(xì)胞上高表達(dá)。因此，Tim-3-CEACAM1相互作用可能抑制這些細(xì)胞中順式或反式的免疫反應(yīng)。值得注意的是，CEACAM1已被證明可與自身結(jié)合，同時(shí)數(shù)據(jù)顯示，CEACAM1自身相互作用比CEACAM1-TIM-3相互作用更強(qiáng)。盡管還需要進(jìn)一步的研究來(lái)描述CEACAM1-CEACAM1和CEACAM-Tim-3相互作用的生理背景，但已經(jīng)證明在體內(nèi)抗Tim-3抗體干擾Tim-3與CEACAM1和PtdSer的結(jié)合[48]。

Tim-3可能同時(shí)與多個(gè)配體結(jié)合。Tim-3與PtdSer或CEACAM-1的結(jié)合并不排除與Galectin-9的結(jié)合，因?yàn)榻Y(jié)合位點(diǎn)位于Tim-3 IgV結(jié)構(gòu)域的對(duì)面。鑒于galectin-9具有兩個(gè)相同的碳水化合物識(shí)別域，有人提出galectin-9可用于聚集Tim-3-PtdSer或Tim-3-CEACAM1復(fù)合物，從而促進(jìn)Tim-3信號(hào)傳導(dǎo)。CEACAM-1、PtdSer或galectin-9的表達(dá)是否占優(yōu)勢(shì)可能是Tim-3信號(hào)在特定組織中的關(guān)鍵決定因素。

4 總結(jié)

Tim-3由多種免疫細(xì)胞表達(dá)，且可以被不同的配體激活，關(guān)于Tim-3在TME中介導(dǎo)發(fā)揮的生物學(xué)效應(yīng)及其作用機(jī)制有待更多的研究探討證實(shí)。盡管最初的研究結(jié)果表明Tim-3可能作為一種共刺激受體發(fā)揮作用，但最近的報(bào)告表明，HAVCR2的功能缺失突變導(dǎo)致免疫系統(tǒng)過(guò)度激活導(dǎo)致的疾病，從而確立了Tim-3作為一種抑制受體的作用。目前，抗Tim-3抗體的治療潛力正在不同類型的癌癥中進(jìn)行研究探討，進(jìn)一步闡明TIM-3的這些關(guān)鍵功能將有助于指導(dǎo)臨床開發(fā)，為腫瘤免疫治療提供更多的有效選擇。