何紅霞,范 恒,楊 佳
華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬協(xié)和醫(yī)院中西醫(yī)結(jié)合科,武漢 430022
程序性死亡受體-1(programmed cell death receptor 1,PD-1)是屬于CD28/CTLA-4家族的一種分子量為50~55 kD的Ⅰ型跨膜糖蛋白,也是一種介導(dǎo)負(fù)性協(xié)同刺激信號(hào)的受體,由IgV型胞外域組成,與細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞相關(guān)抗原4(CTLA-4)、CD28和誘導(dǎo)型共刺激分子(ICOS)具有21%~33%的序列同一性。與形成同型二聚體的CTLA-4不同,PD-1缺少同型二聚體化所需的半胱氨酸殘基,并且以單體形式存在于細(xì)胞表面以及溶液中。PD-1還缺乏在所有CD28、CTLA-4和ICOS受體中都存在的富含脯氨酸的配體結(jié)合基序。這些基本的結(jié)構(gòu)差異表明配體識(shí)別方式和信號(hào)傳導(dǎo)機(jī)制的差異[1]。PD-1在活化T細(xì)胞、B細(xì)胞、髓樣細(xì)胞、胸腺細(xì)胞、自然殺傷(natural killer,NK)細(xì)胞,以及從雙陰性向雙陽性階段過渡的CD4-CD8-胸腺細(xì)胞上表達(dá)。與其他CD28家族成員在T細(xì)胞上的限制性表達(dá)相比,PD-1的表達(dá)范圍更廣,這表明PD-1調(diào)節(jié)的免疫反應(yīng)范圍更廣[2]。
PD-1具有兩個(gè)已識(shí)別的配體,程序性死亡配體1(programmed death ligand 1,PD-L1),也稱為B7-H1或CD274,以及程序性死亡配體2(PD-L2),也稱為B7-DC或CD273。它們都是由IgC型和IgV型胞外域組成的Ⅰ型跨膜糖蛋白。PD-L1和PD-L2與CD28和CTLA-4的配體B7-1和B7-2的氨基酸同源性約為20%。在PD-L1和PD-L2之間的氨基酸同源性約為40%。PD-L2配體僅表達(dá)于活化的單核細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞,而PD-L1廣泛表達(dá)于機(jī)體各組織[3]。PD-L1可以在造血譜系的細(xì)胞上表達(dá),包括活化的T細(xì)胞、B細(xì)胞、單核細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞(dendritic cells,DCs)和巨噬細(xì)胞。它還在外周非造血組織上廣泛表達(dá),在心臟、骨骼肌、胎盤、肺、腎和肝中檢測到中等至高表達(dá)。據(jù)報(bào)道,PD-1和PD-L1除了膜結(jié)合形式外,還具有可溶形式[4]??扇苄问皆黾恿薖D-1/PD-L1途徑在組成和功能上的多樣性和復(fù)雜性。與其他B7/CD28家族成員相比,PD-1/PD-L1途徑廣泛表達(dá),并且在T細(xì)胞活化和耐受中發(fā)揮著廣泛的免疫調(diào)節(jié)作用。PD-1/PD-L1途徑可調(diào)節(jié)外周耐受的誘導(dǎo)和維持,并在生理?xiàng)l件下保護(hù)組織免受自身免疫攻擊。
自身免疫性疾病是由針對(duì)正常人體內(nèi)存在的物質(zhì)和組織的異常免疫反應(yīng)引起的,被認(rèn)為是“常見復(fù)雜疾病”的異質(zhì)性群體。它由免疫系統(tǒng)和自身抗原之間復(fù)雜的相互作用演變而來,涉及多種遺傳屬性、環(huán)境觸發(fā)因素和多種細(xì)胞類型[5]。據(jù)統(tǒng)計(jì),自身免疫反應(yīng)影響著數(shù)百萬人的免疫功能,導(dǎo)致了各種自身免疫性疾病,嚴(yán)重影響人們的生活質(zhì)量,并顯著縮短壽命[6]。B細(xì)胞和T細(xì)胞上存在的PD-1可以維持外周耐受并預(yù)防自身免疫性疾病的發(fā)生。下文將對(duì)PD-1/PD-L1在常見自身免疫性疾病中的研究進(jìn)展做進(jìn)一步討論。
1型糖尿病(T1DM)是一種自身免疫性疾病,由胰腺Langerhans胰島中產(chǎn)生胰島素的β細(xì)胞的嚴(yán)重破壞引起[7]。非肥胖型糖尿病(non-obese diabetes,NOD)小鼠是1型糖尿病(T1DM)的自發(fā)模型,具有人類疾病常見的遺傳和病理生理指標(biāo)。一些已知的因素導(dǎo)致免疫耐受不足,引起疾病的發(fā)展,包括:產(chǎn)生自身抗體的B淋巴細(xì)胞,自身反應(yīng)性CD4+和CD8+T細(xì)胞的擴(kuò)增以及先天免疫系統(tǒng)的激活。PD-1或PD-L1阻斷劑可迅速誘發(fā)1~10周齡糖尿病前期雌性非肥胖糖尿病(NOD)小鼠的糖尿病,而雄性NOD小鼠在PD-1/PD-L1通路阻斷后亦會(huì)發(fā)生糖尿病,這表明PD-1與PD-L1相互作用在NOD小鼠自身免疫性糖尿病的誘導(dǎo)和進(jìn)展中起著核心作用[8]。將PD-L1在NOD小鼠胰島β細(xì)胞上的表達(dá)上調(diào)也顯著降低了胰島炎和相關(guān)疾病發(fā)生[9]。NOD/PD-1基因敲除小鼠胰島細(xì)胞中CD4+T-helper(Th)-1細(xì)胞的浸潤增強(qiáng),趨化因子受體CXCR3的表達(dá)增加,破壞性炎癥反應(yīng)增強(qiáng),促進(jìn)了糖尿病的發(fā)生[10-11]。因此,在NOD小鼠中,改變的PD-1/PD-L1信號(hào)傳導(dǎo)與糖尿病有關(guān)。PD-1通過抑制胰腺T細(xì)胞的增殖和浸潤來調(diào)節(jié)自身免疫,從而限制糖尿病的發(fā)生發(fā)展。使用活體顯微鏡進(jìn)行的研究表明,PD-1阻斷后,淋巴結(jié)中的T細(xì)胞受體(T cell receptor,TCR)信號(hào)會(huì)被截?cái)郲12],PD-L1阻斷期間延長的細(xì)胞間相互作用會(huì)增強(qiáng)IFN-c的產(chǎn)生,破壞免疫耐受性,并最終促進(jìn)T1DM的病理進(jìn)展[13]。關(guān)于PD-1調(diào)節(jié)T1DM的機(jī)制,F(xiàn)ife等[12]提出PD-1/PD-L1通路可以影響TCR驅(qū)動(dòng)的停止信號(hào)和T細(xì)胞運(yùn)動(dòng)。由于TCR驅(qū)動(dòng)停止信號(hào)的抑制取決于PD-1和PD-L1之間的持續(xù)相互作用。因此,PD-1或PD-L1阻斷可降低T細(xì)胞運(yùn)動(dòng),增強(qiáng)T細(xì)胞與DCs的相互作用和自身免疫性糖尿病。一項(xiàng)研究表明,CD4+24ab Ⅱ型NKT細(xì)胞只有通過PD-1/PD-L1和ICOS/ICOSL途徑,才能通過調(diào)節(jié)胰腺淋巴結(jié)中的致糖尿病性CD4+T細(xì)胞刺激來引起對(duì)T1DM的長期保護(hù)[14]。因此,PD-1/PD-L1信號(hào)與NOD小鼠糖尿病密切相關(guān);PD-1可以通過抑制T細(xì)胞增殖和胰腺浸潤調(diào)節(jié)自身免疫,限制糖尿病的進(jìn)展。
多發(fā)性硬化癥(MS)是中樞神經(jīng)系統(tǒng)的一種炎癥性脫髓鞘疾病,影響著全世界數(shù)百萬患者[15]?;罨疶細(xì)胞上的PD-1與PD-L1之間相互作用可以抑制中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的T細(xì)胞反應(yīng)。在腦內(nèi),PD-L1在內(nèi)皮細(xì)胞上調(diào),而PD-1,PD-L1和PD-L2在自身免疫T細(xì)胞上表達(dá)[16]。在MS的動(dòng)物模型,即實(shí)驗(yàn)性自身免疫性腦脊髓炎(experimental autoimmune encephalomyelitis,EAE)中,中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)PD-L1和PD-1表達(dá)增加,PD-1抑制可增強(qiáng)自身免疫性T細(xì)胞和抗體水平,導(dǎo)致EAE癥狀加速進(jìn)展[16]。實(shí)際上,與PD-L2基因敲除或?qū)φ招∈笙啾?,PD-1和PD-L1基因敲除小鼠中具有較高的促炎性Th-1細(xì)胞因子(IL-6、IL-17、TNF-α和IFN-γ)表達(dá),EAE癥狀更為嚴(yán)重[17]。Wang等[18]發(fā)現(xiàn)PD-1 敲除小鼠免疫后Treg頻率也降低了2~3倍,PD-1敲除T細(xì)胞在體外Treg轉(zhuǎn)化出現(xiàn)明顯缺陷;在體內(nèi),百日咳毒素(PT)治療也下調(diào)了Tregs上PD-1的表達(dá),但不改變其他表型特征。因此,Joller等[19]認(rèn)為,PT可能降低Treg的穩(wěn)定性和抑制功能,而PD-1通路促進(jìn)了Treg的分化和功能,從而有助于抑制中樞神經(jīng)系統(tǒng)炎癥。PD-1/PD-L1信號(hào)在EAE進(jìn)展中起著至關(guān)重要的作用,阻斷該途徑的治療策略顯示出抗MS的巨大潛力。
炎癥性腸病(IBD)為一種累及回腸、直腸、結(jié)腸的特發(fā)性腸道炎癥性疾病,包括潰瘍性結(jié)腸炎(ulcerative colitis,UC)和克羅恩病(Crohn’s disease,CD),由環(huán)境、遺傳、感染和免疫因素等多因素相互作用所致?,F(xiàn)代研究表明腸道黏膜免疫平衡失調(diào)是導(dǎo)致IBD發(fā)生的中心環(huán)節(jié),其中T淋巴細(xì)胞免疫調(diào)節(jié)失衡導(dǎo)致的促炎介質(zhì)IL-1β和TNF-α的產(chǎn)生和分泌增加、炎癥細(xì)胞的聚集和組織的破壞在其發(fā)病過程中發(fā)揮了重要作用[20]。在慢性結(jié)腸炎小鼠模型和IBD患者中,PD-1在T細(xì)胞上高表達(dá),PD-L1在巨噬細(xì)胞、DCs、T細(xì)胞、B細(xì)胞和發(fā)炎的結(jié)腸組織上高表達(dá)[16],均高于健康受試者[21-22]。注射抗PD-L1抗體,能減少炎癥組織中Th1 CD4+T細(xì)胞(IFN-γ和TNF-α)的產(chǎn)生,但不減少Th2 CD4+T細(xì)胞(IL-4,IL-10)產(chǎn)生,提示PD-1/PD-L1可能參與炎癥性腸病[23]。通過轉(zhuǎn)移PD-1基因敲除T細(xì)胞或使PD-1/PD-L1信號(hào)通路失活,能誘導(dǎo)產(chǎn)生高Th1細(xì)胞因子的CD8+T細(xì)胞大量增加[24]。因此,PD-1/PD-L1相互作用的失活破壞了CD8+T細(xì)胞對(duì)自身腸道抗原的耐受性,從而導(dǎo)致了腸道自身免疫。此外,PD-L1敲除小鼠對(duì)三硝基苯磺酸(trinitrobenzene sulfonic acid,TNBS)或葡聚糖硫酸鈉(dextran sulfate sodium,DSS)誘導(dǎo)的腸損傷具有高度敏感性[25]。這與其嚴(yán)重的病理特征相關(guān),并引起共生細(xì)菌的過度增殖和上皮完整性的喪失,導(dǎo)致較高的發(fā)病率和死亡率。PD-L1的表達(dá)可以緩解腸道炎癥,使CD11c+CD11b+固有層細(xì)胞的TNF-α表達(dá)降低,IL-22細(xì)胞因子的表達(dá)升高[25]。另外,在DSS處理的小鼠中注射表達(dá)Fc-PD-L1的腺病毒可減輕結(jié)腸炎[26],說明PD-L1可能對(duì)緩解腸道炎癥具有促進(jìn)作用。Zuo等[27]前期研究亦發(fā)現(xiàn)UC腸道T細(xì)胞表面PD-1表達(dá)增加且與炎癥嚴(yán)重程度呈正相關(guān),可能對(duì)減輕腸道炎癥具有代償作用。PD-1/PD-L1對(duì)建立腸道黏膜耐受性具有潛在重要作用,促進(jìn)PD-1與PD-L1結(jié)合可以誘導(dǎo)Treg的生成,抑制T淋巴細(xì)胞活化,建立腸黏膜耐受以緩解腸道炎癥。
類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎(RA)是一種自身免疫性系統(tǒng)性炎性疾病,它影響了約0.5%~1%的普通人群[28-29]。在RA患者中,滑液和血漿可溶性PD-1的過度表達(dá)與關(guān)節(jié)計(jì)數(shù)和自身抗體產(chǎn)生顯著相關(guān),提示其可能在發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮作用[30]??扇苄訮D-1由IFN-γ、IL-17A和TNF-α誘導(dǎo)[31]。同樣,與RA患者外周血的CD4+T細(xì)胞相比,滑液來源CD4+T細(xì)胞上表達(dá)的PD-1升高;與外周血髓樣DC相比,滑液髓樣DC上的PD-L1蛋白表達(dá)升高,并且與T細(xì)胞反應(yīng)低下相關(guān)[32]。而刺激IL-7和阻斷PD-1可顯著增強(qiáng)T細(xì)胞增殖[32]。此外,與對(duì)照組相比,RA患者的巨噬細(xì)胞和滑膜T細(xì)胞中PD-1/PD-L1信號(hào)過表達(dá)[33]。特別是RA患者滑液中的可溶性PD-1表達(dá)水平與TNF-α水平顯著相關(guān)。PD-1-/-小鼠的膠原誘導(dǎo)關(guān)節(jié)炎的發(fā)生率和嚴(yán)重程度上升,這與Ⅱ型膠原刺激T細(xì)胞增殖和細(xì)胞因子(IFN-γ和IL-17)分泌增加有關(guān)[34]。這些發(fā)現(xiàn)為PD-1/PD-L1途徑在RA發(fā)病機(jī)制中的作用提供了初步的證據(jù)。當(dāng)然,具體機(jī)制還需要在今后的研究中進(jìn)一步闡明。
系統(tǒng)性紅斑狼瘡(SLE)是常見的系統(tǒng)性自身免疫疾病之一,受遺傳和環(huán)境因素的復(fù)雜病因影響,可累及多個(gè)不同的器官,并表現(xiàn)出不同的臨床病程[35]。其診斷依據(jù)是皮膚、關(guān)節(jié)、腎臟和中樞神經(jīng)系統(tǒng)的特征性臨床表現(xiàn),以及抗核抗體(ANA)等血清學(xué)指標(biāo),特別是抗dsDNA抗體(E1)陽性。Toll樣受體和Ⅰ型干擾素這兩個(gè)關(guān)鍵途徑對(duì)于SLE發(fā)病機(jī)制很重要,并通過激活NF-κB和(或)STAT1來調(diào)節(jié)PD-1及其配體PD-L1的表達(dá),PD-1和PD-L1在SLE發(fā)病及發(fā)展中扮演重要角色[36]。在動(dòng)物模型中,PD-1-/-小鼠自身免疫性疾病發(fā)病率的增加表明了PD-1/PD-L1途徑在維持T細(xì)胞耐受中的作用,T細(xì)胞耐受性被認(rèn)為是自身免疫的負(fù)調(diào)節(jié)劑。如:PD-1缺乏的C57BL/6小鼠會(huì)發(fā)展為狼瘡樣自身免疫性增生性關(guān)節(jié)炎和腎小球腎炎,并伴有IgG3和C3補(bǔ)體沉積在腎小球上[37]。Mozaffarian等[38]研究了抗原提呈細(xì)胞(antigen presenting cell,APC)對(duì)SLE中PD-L1的作用,他們觀察到,來自活動(dòng)性SLE患者的APC具有其他共刺激標(biāo)記(例如CD80和CD86)的表達(dá),但PD-L1并沒有上調(diào)。對(duì)這一發(fā)現(xiàn)的合理解釋可能是狼瘡APC在狼瘡發(fā)作期間刺激T細(xì)胞活化的異常強(qiáng)的能力。PD-1、PD-L或兩者的表達(dá)降低會(huì)導(dǎo)致SLE的免疫耐受紊亂。據(jù)報(bào)道,PD-1在SLE患者T細(xì)胞和B細(xì)胞上過表達(dá),而PD-L1在B細(xì)胞上過表達(dá)[39]。在SLE中,PD-1+濾泡輔助性T細(xì)胞(Tfh)細(xì)胞的數(shù)量隨疾病的嚴(yán)重程度而增加[36]。Tfh細(xì)胞上的PD-1表達(dá)在SLE患者淋巴結(jié)生發(fā)中心不充當(dāng)免疫抑制受體,而與循環(huán)Tfh細(xì)胞增加無關(guān)。循環(huán)Tfh細(xì)胞的這種增加與SLE患者自身抗體的產(chǎn)生和終末器官損傷的增強(qiáng)有關(guān)[40]。在SLE患者和健康組中,CD25highTreg上的PD-1表達(dá)均顯著高于CD25low效應(yīng)T細(xì)胞。然而,與健康個(gè)體相比,SLE患者中CD25highTreg上的PD-1表達(dá)水平明顯降低[41]。PD-1/PD-L1作為維持Treg對(duì)效應(yīng)T細(xì)胞的抑制作用必需的途徑,可以提示PD-1對(duì)Treg的下調(diào)會(huì)導(dǎo)致SLE中Treg的數(shù)量和功能降低。
強(qiáng)直性脊柱炎(AS)是軸向骨骼的炎性自身免疫性疾病,經(jīng)常與人體白細(xì)胞抗原(HLA-B27)相關(guān)。在AS中,HLA-B27分子與抗原肽結(jié)合,從而將其呈遞給CD8+T淋巴細(xì)胞[42]。已經(jīng)有報(bào)道指出,在AS中具有CD4+和CD8+細(xì)胞功能紊亂的異常免疫表型[43]。Bautistacaro等[44]觀察到,相比較于用TNF阻滯劑(AS/b)治療的AS患者,未使用TNF阻滯劑的AS患者(AS/nb)循環(huán)CD4+CXCR5+ICOS+PD-1+Tfh細(xì)胞和漿母細(xì)胞減少,同時(shí)(Tfh-Th17+Tfh-Th2)/(Tfh-Th1)比率降低。此外,他們發(fā)現(xiàn)AS/nb患者的外周血CD4+CXCR5+T細(xì)胞幫助B細(xì)胞離體的能力較低,這可能提示CD4+CXCR5+ICOS+PD-1+Tfh細(xì)胞和漿母細(xì)胞可能被隔離在腸道相關(guān)淋巴樣組織(gut-associated lymphoid tissue,GALT)中,并且腸道中的先天免疫機(jī)制在AS的發(fā)病機(jī)理中起決定性作用。相反,Xiao[45]等研究表明,與健康個(gè)體相比,AS患者中CXCR5+CD4+PD-1+T細(xì)胞的頻率顯著增加。PD-1+CXCR5+CD4+T細(xì)胞頻率增加可能源于免疫系統(tǒng)的自發(fā)性補(bǔ)償調(diào)節(jié),從而對(duì)AS患者的自身免疫反應(yīng)產(chǎn)生負(fù)調(diào)控作用。在另一個(gè)實(shí)驗(yàn)中,Chen等[46]評(píng)估了PD-1在AS患者免疫細(xì)胞中的表達(dá),并研究了CD4+CD25highTreg細(xì)胞。與健康對(duì)照相比,AS患者的CD4+CD25highTreg數(shù)量沒有增加。此外,來自AS患者的PBMC中PD-1水平?jīng)]有顯著高于RA患者或年齡和性別匹配的健康對(duì)照組,并且也與AS患者的臨床表現(xiàn)無關(guān)。然而,AS患者中PD-1+CD3+T細(xì)胞和PD-1+CD4+T細(xì)胞的百分比顯著降低。該研究得出的結(jié)論是,缺乏PD-1的T輔助細(xì)胞數(shù)量可能與AS患者的脊柱放射學(xué)改變有關(guān)[46]。
總之,作為誘導(dǎo)和維持T細(xì)胞活化和耐受以及外周耐受的關(guān)鍵調(diào)控因子,PD-1/PD-L1通路在多種自身免疫系統(tǒng)疾病的發(fā)生與發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。這一生物學(xué)意義揭示了通過拮抗劑或激動(dòng)劑操縱PD-1/PD-L1通路來對(duì)抗這些疾病的治療策略的發(fā)展。目前,針對(duì)這些通路的療法正在研究中,但結(jié)果尚不太理想,仍然需要不斷探索其具體作用機(jī)制,爭取早日開發(fā)出有利的治療工具,更好地改善患病人群的生活質(zhì)量。