CD137/CD137L共刺激信號(hào)在自身免疫和腫瘤免疫中的應(yīng)用研究進(jìn)展

李雙雙 綜述，劉 堅(jiān)，石綺屏 審校

(暨南大學(xué)附屬第一醫(yī)院，廣東 廣州 510000)

免疫應(yīng)答是免疫細(xì)胞特異性識(shí)別抗原后，經(jīng)活化、增生、分化等，進(jìn)而表現(xiàn)出一定生物學(xué)效應(yīng)的全過程，其中一個(gè)重要的過程是T淋巴細(xì)胞的活化。在這個(gè)應(yīng)答過程中，T細(xì)胞的活化并不是由單一信號(hào)激活的，而是由雙信號(hào)共刺激完成，即T細(xì)胞的活化除了需要T細(xì)胞受體(TCR)識(shí)別主要組織相容性復(fù)合體Ⅰ/Ⅱ類分子和抗原肽的復(fù)合物外，還需要第二信號(hào)，由T細(xì)胞和抗原提呈細(xì)胞(APCs)表面的共刺激分子相互作用產(chǎn)生，以實(shí)現(xiàn)抗原依賴性T細(xì)胞活化、增殖，增強(qiáng)抗腫瘤免疫能力。共刺激分子的活化狀態(tài)直接決定了T細(xì)胞的狀態(tài)[1]。在各種共刺激分子中，CD137是腫瘤壞死因子受體超家族(TNFRSF)受體之一。

1 CD137及其配體的表達(dá)與特性

CD137(4-1BB，TNFRSF9)廣泛表達(dá)于人體免疫細(xì)胞或非免疫細(xì)胞中，起傳遞活化、增殖或凋亡信號(hào)以維持人體免疫平衡的作用。CD137配體(CD137L)又稱4-1BBL或腫瘤壞死因子超家族成員9(TNFSF9)，是一種Ⅱ型跨膜蛋白，主要表達(dá)于APCs表面，如巨噬細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞、B細(xì)胞。T細(xì)胞表面抗原CD137與APCs表面特異性配體CD137L結(jié)合后，以獨(dú)立于CD28的方式刺激2個(gè)相互作用的細(xì)胞，主要誘導(dǎo)T細(xì)胞和APCs的活化、增殖和成熟，促進(jìn)細(xì)胞因子的分泌。CD137不僅優(yōu)先激活CD8+T細(xì)胞，防止CD8+T細(xì)胞活化誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡(AICD)，而且選擇性誘導(dǎo)輔助性T細(xì)胞1(Th1)型細(xì)胞因子分泌，如干擾素-γ(IFN-γ)和腫瘤壞死因子-α(TNF-α)。CD137表達(dá)水平受TCR抗原表位親和力差異的影響，刺激的強(qiáng)度和(或)類型也可能影響APCs上CD137L的表達(dá)[2]。然而，CD137/CD137L之間傳導(dǎo)的信號(hào)也可能抑制T細(xì)胞效應(yīng)，限制T細(xì)胞增殖和分化，抑制白細(xì)胞介素(IL)-2的產(chǎn)生。因?yàn)楫?dāng)T細(xì)胞表面不表達(dá)CD137時(shí)，T細(xì)胞和髓系細(xì)胞會(huì)出現(xiàn)過度增殖情況。這或許是因?yàn)镃D137本身傳遞的信號(hào)導(dǎo)致樹突狀細(xì)胞產(chǎn)生某種調(diào)節(jié)分子，也可能由于CD137L向T細(xì)胞發(fā)出抑制性信號(hào)[3]。目前還沒有文獻(xiàn)報(bào)道CD137/CD137L之間抑制性信號(hào)的產(chǎn)生機(jī)制。

可溶性CD137(sCD137)是CD137沒有協(xié)同刺激活性的可溶性形式。人類sCD137通過差異剪接產(chǎn)生，可能作為負(fù)調(diào)節(jié)劑依賴CD137L拮抗CD137的共刺激活性以抑制效應(yīng)T細(xì)胞增殖。在缺氧和自身免疫性疾病中，如惡性腫瘤、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎和強(qiáng)制性脊柱炎等患者血清sCD137水平會(huì)升高[4]。

2 CD137與疾病的關(guān)系

2.1CD137對(duì)自身免疫性疾病的影響 自身免疫性疾病是指在某種因素下，機(jī)體免疫系統(tǒng)失調(diào)而對(duì)自身抗原發(fā)生免疫應(yīng)答并破壞組織臟器的疾病。如果沒有共刺激信號(hào)，已識(shí)別抗原的T細(xì)胞將長(zhǎng)期保持未激活狀態(tài)，造成免疫耐受，甚至引起細(xì)胞凋亡。如果刺激過強(qiáng)，則引起自身反應(yīng)性細(xì)胞活性增強(qiáng)，導(dǎo)致自身免疫性疾病。CD137/CD137L共刺激信號(hào)是1型細(xì)胞介導(dǎo)免疫反應(yīng)的主要驅(qū)動(dòng)因素之一，涉及多種自身免疫疾病，常見的包括系統(tǒng)性紅斑狼瘡(SLE)、類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎(RA)、1型糖尿病(T1D)、強(qiáng)直性脊柱炎、甲狀腺自身免疫病等。

SLE與自身反應(yīng)性B細(xì)胞的過度激活，誘導(dǎo)漿細(xì)胞產(chǎn)生大量自身抗體有關(guān)，并與自身抗原和補(bǔ)體形成免疫復(fù)合物，導(dǎo)致由自身抗體和補(bǔ)體介導(dǎo)的組織損傷和炎性反應(yīng)。謝長(zhǎng)好等[5]通過分析30例SLE患者外周血T細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)共刺激分子CD137表達(dá)水平高于對(duì)照組，且與24 h尿蛋白定量、SLE病情活動(dòng)指數(shù)呈正相關(guān)，提示CD137表達(dá)水平上調(diào)使自身反應(yīng)性T細(xì)胞持續(xù)異?；罨?，可能參與SLE腎臟病變及其他炎性反應(yīng)，阻斷CD137共刺激信號(hào)傳導(dǎo)可能會(huì)緩解SLE病情進(jìn)展。然而，近些年有研究持相反意見。免疫易感性MRL-Faslpr小鼠是一種SLE動(dòng)物模型。阻斷CD137/CD137L共刺激信號(hào)后，MRL-Faslpr小鼠脾臟CD4+T細(xì)胞和雙陰性T細(xì)胞(DNTC)數(shù)量會(huì)增加，其過度活躍在一定程度上與疾病進(jìn)展和病死率提高有關(guān)。有研究發(fā)現(xiàn)，B淋巴細(xì)胞增殖功能增強(qiáng)，自身抗體滴度增高，免疫復(fù)合物沉積加重，表現(xiàn)出更嚴(yán)重的脾腫大、淋巴結(jié)腫大、皮膚損傷和腎臟病變，并且早期病死率高于對(duì)照組(80%vs.40%)[6]。CD137L缺乏的B6.lpr小鼠模型證實(shí)了切斷CD137共刺激信號(hào)通路會(huì)加重SLE疾病進(jìn)展這一觀點(diǎn)，但SLE相關(guān)性腦損傷和神經(jīng)功能受損會(huì)減輕，Th17細(xì)胞群的比例明顯增加，Th1細(xì)胞群呈下降趨勢(shì)[7]。WONG等[8]研究指出，CD137L缺失會(huì)促使機(jī)體發(fā)生從Th1向Th2或Th17的免疫偏離。在使用激動(dòng)性抗CD137單克隆抗體(anti-CD137 mAbs)治療的B6.lpr小鼠中，總CD4+T細(xì)胞數(shù)減少，而總CD8+T細(xì)胞數(shù)增加，IFN增加，自身反應(yīng)性B細(xì)胞和DNTC減少，生存期延長(zhǎng)，利于腎臟病變逆轉(zhuǎn)及預(yù)防狼瘡性皮膚炎癥，表明刺激CD137能夠抑制狼瘡易感小鼠的疾病進(jìn)展，其中自身反應(yīng)性B細(xì)胞減少的原因可能是增加的IFN依賴巨噬細(xì)胞促進(jìn)B細(xì)胞凋亡[9]。與對(duì)照組相比，體內(nèi)帶有CD137共刺激基序的嵌合抗原受體-T細(xì)胞的MRL-Faslpr小鼠脾腫大消退，抗體和蛋白尿水平降低，腎臟淋巴細(xì)胞浸潤(rùn)和新月體沉積減少，顆粒免疫復(fù)合物減少或缺失，壽命延長(zhǎng)，總體存活率高于對(duì)照組[10]。上述研究表明，激活CD137信號(hào)途徑有利于延緩SLE進(jìn)展，可作為新的治療靶點(diǎn)用于降低自身反應(yīng)性淋巴細(xì)胞水平和阻止自身免疫疾病進(jìn)展。

T1D是一種免疫功能紊亂導(dǎo)致胰腺β細(xì)胞破壞、胰島素分泌絕對(duì)缺乏，從而引起高血糖和酮癥酸中毒的自身免疫性疾病。有研究發(fā)現(xiàn)，一個(gè)與T1D易感性相關(guān)的染色體區(qū)域編碼CD137，表明CD137與T1D易感性之間存在一定聯(lián)系[11]。CD137可根據(jù)表達(dá)的位置抑制或促進(jìn)T1D的發(fā)生和發(fā)展，即CD4+T細(xì)胞中CD137的表達(dá)抑制非肥胖糖尿病(NOD)小鼠T1D進(jìn)展，但其在CD8+T細(xì)胞中的表達(dá)至關(guān)重要，通過增強(qiáng)β細(xì)胞-自身反應(yīng)性CD8+T細(xì)胞功能促進(jìn)疾病發(fā)展，并且CD137缺乏可導(dǎo)致浸潤(rùn)胰島的CD8+T細(xì)胞比例減少[12]。sCD137通過與活化T細(xì)胞上的CD137L競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合以抑制T細(xì)胞活化功能。在體內(nèi)，CD137+調(diào)節(jié)性T細(xì)胞對(duì)抑制T1D起重要作用，而CD137-調(diào)節(jié)性T細(xì)胞抑制T1D的活性受損可能是其不能產(chǎn)生sCD137[13]。與野生型NOD小鼠相比，NOD.TNFSF9-/-小鼠β細(xì)胞-自身反應(yīng)性CD8+T細(xì)胞減少，T1D發(fā)病率顯著降低，發(fā)病時(shí)間延遲[14]。

RA是一種以滑膜增生、炎癥細(xì)胞募集、關(guān)節(jié)內(nèi)纖維蛋白沉積為特征的慢性炎癥性疾病，最終導(dǎo)致軟骨和骨破壞。張榕等[15]通過檢測(cè)30例RA患者外周血發(fā)現(xiàn)，RA以CD4+T細(xì)胞功能亢進(jìn)為主，且T細(xì)胞CD137表達(dá)水平顯著高于對(duì)照組，代表Th1分泌的細(xì)胞因子IFN-γ水平顯著高于代表Th2分泌的IL-4水平，提示CD137可能促使輔助性T細(xì)胞向Th1細(xì)胞產(chǎn)生免疫偏離，參與RA的關(guān)節(jié)炎癥和免疫損傷。激動(dòng)性anti-CD137 mAbs可抑制CD4+T細(xì)胞反應(yīng)，誘導(dǎo)CD11c+CD8+T細(xì)胞擴(kuò)增、抑制IL-1β、TNF-α、IL-6產(chǎn)生和清除血清抗Ⅱ型膠原(CⅡ)抗體，從而減輕CⅡ誘導(dǎo)的關(guān)節(jié)炎反應(yīng)[16]。

在其他自身免疫性疾病中，干燥綜合征(SS)是一種以唾液腺和淚腺功能下降而出現(xiàn)口干、眼干為特征的慢性炎性自身免疫病。對(duì)7周齡的NOD小鼠腹腔注射激動(dòng)性anti-CD137 mAbs，可發(fā)現(xiàn)經(jīng)激動(dòng)性抗體處理的NOD小鼠唾液流速高于對(duì)照組，唾液腺炎癥發(fā)生率降低，阻止NOD小鼠SS樣涎腺炎的發(fā)生[17]。多發(fā)性硬化(MS)是一種以脫髓鞘、巨噬細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞激活和膠質(zhì)增生為特征的神經(jīng)退行性自身免疫性疾病。用激動(dòng)性anti-CD137 mAbs治療實(shí)驗(yàn)性自身免疫性腦脊髓炎(EAE)小鼠可抑制致病性IL-17產(chǎn)生并降低疾病的發(fā)生率和嚴(yán)重程度[18]。WONG等[19]研究發(fā)現(xiàn)，MS患者腦組織中存在CD137+細(xì)胞，且主要出現(xiàn)在脫髓鞘的活躍炎癥部位，在活動(dòng)病變期間表達(dá)顯著增高，表明CD137+細(xì)胞參與疾病炎癥過程，并且MS患者鞘內(nèi)sCD137釋放增加。

目前，關(guān)于CD137在風(fēng)濕性疾病中作用的相關(guān)數(shù)據(jù)較少。但不可否認(rèn)的是，CD137參與了多種自身免疫性疾病的免疫病理?yè)p傷，并且發(fā)揮的作用各不相同，這與疾病所損傷的靶器官及患者的免疫狀態(tài)等有著密切關(guān)系，并且激動(dòng)性anti-CD137 mAbs可能成為多種自身免疫疾病的候選治療藥物。

2.2CD137對(duì)腫瘤疾病的影響 CD137信號(hào)通路與抗腫瘤免疫之間具有密切關(guān)系，其作為免疫刺激劑，不僅影響T細(xì)胞、B細(xì)胞和NK細(xì)胞等的活化和增殖，并且通過其介導(dǎo)的細(xì)胞活性調(diào)節(jié)腫瘤微環(huán)境，影響免疫治療。通過抑制健康供體外周血單核細(xì)胞CD137信號(hào)傳遞，T細(xì)胞增殖反應(yīng)性降低，分化功能受阻，T細(xì)胞免疫功能失調(diào)并且易發(fā)生EB病毒相關(guān)性淋巴瘤[20]?？梢?，CD137缺陷是惡性轉(zhuǎn)化的易感因素。與CD4+T細(xì)胞相比，CD137主要促進(jìn)CD8+T細(xì)胞增殖、存活和細(xì)胞毒性，促進(jìn)記憶性CD8+T細(xì)胞的廣泛形成，同時(shí)促使CD8+T向腫瘤內(nèi)浸潤(rùn)并誘導(dǎo)抗腫瘤的免疫微環(huán)境重塑。CD137雖然優(yōu)先表達(dá)于CD8+T細(xì)胞上，但在缺乏CD8+T細(xì)胞的情況下，CD137信號(hào)可將CD4+Foxp3+調(diào)節(jié)性T細(xì)胞重新編程為具有細(xì)胞毒性的CD4+T細(xì)胞，并誘導(dǎo)產(chǎn)生IFN-γ，恢復(fù)抗腫瘤免疫效應(yīng)[21]。CD137在調(diào)節(jié)性T細(xì)胞中的作用仍需進(jìn)一步研究，尤其是在人類機(jī)體中，因?yàn)閿?shù)據(jù)表明CD137可增強(qiáng)或減弱調(diào)節(jié)性T細(xì)胞激活[22]。一項(xiàng)用anti-CD137 mAbs治療病毒感染小鼠的研究顯示，激活的CD137信號(hào)使淋巴濾泡結(jié)構(gòu)改變和生發(fā)中心B細(xì)胞擴(kuò)散，從而導(dǎo)致B細(xì)胞數(shù)量減少，減弱產(chǎn)生抗體的能力，進(jìn)而抑制了抗原特異性抗體反應(yīng)[23]。WONG等[8]研究發(fā)現(xiàn)，anti-CD137 mAbs使B細(xì)胞數(shù)量減少的原因可能是抑制了生發(fā)中心的CD137+濾泡樹突狀細(xì)胞和CD137L+B細(xì)胞之間的相互作用。自然殺傷(NK)細(xì)胞介導(dǎo)的抗體依賴性細(xì)胞介導(dǎo)的細(xì)胞毒性(ADCC)在抗腫瘤效應(yīng)中的作用日益受到重視，可用于治療過度表達(dá)特異抗原的各種癌癥，如乳腺癌、B細(xì)胞淋巴瘤、神經(jīng)母細(xì)胞瘤等。YONEZAWA等[24]研究表明，anti-CD137 mAbs治療既可以刺激單克隆抗體激活的NK細(xì)胞從而增強(qiáng)ADCC效應(yīng)，又可以促進(jìn)單克隆抗體治療誘導(dǎo)的抗原特異性T細(xì)胞增殖和細(xì)胞毒性，使先天性免疫反應(yīng)和適應(yīng)性免疫反應(yīng)緊密結(jié)合，提高腫瘤特異性單克隆抗體的功效。此外，在體外極化模型中產(chǎn)生M1型和M2型巨噬細(xì)胞后發(fā)現(xiàn)，激活單核細(xì)胞/巨噬細(xì)胞上的CD137可觸發(fā)其重新編程功能，使腫瘤微環(huán)境中的M1/m2平衡向代謝更活躍，具有更大抗腫瘤潛能的M1樣表型轉(zhuǎn)變[25]。然而，anti-CD137 mAbs免疫療法并非完全沒有不良反應(yīng)，如部分患者可出現(xiàn)肝臟毒性[26]。

共刺激受體CD137的表達(dá)、功能和治療潛力方面不僅在基礎(chǔ)研究中取得了重大進(jìn)展，而且正在進(jìn)行的臨床試驗(yàn)也預(yù)示著CD137作為重要免疫治療靶點(diǎn)發(fā)揮最大臨床療效的可行性。目前，有研究集中于anti-CD137 mAbs與免疫檢查點(diǎn)抑制劑或靶向藥物等的組合治療，如聯(lián)合anti-CD137 mAbs與程序性細(xì)胞死亡蛋白-1(PD-1)受體抑制劑或細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞相關(guān)抗原-4(CTLA-4)受體抑制劑用于黑色素瘤、卵巢癌和肺癌小鼠模型中，二者結(jié)合產(chǎn)生強(qiáng)有力的協(xié)同效應(yīng)，增加T細(xì)胞存活率和效應(yīng)功能[27]。在免疫原性差的人類黑色素瘤小鼠模型中，PD-1抑制劑和anti-CD137 mAbs的聯(lián)合治療可能比單獨(dú)使用PD-1抑制劑或與CTLA-4抑制劑聯(lián)合治療更能增強(qiáng)人類黑色素瘤的放療效果[28]。KOCAK等[29]研究顯示，與觀察到的協(xié)同治療活性相比，將anti-CD137 mAbs與CTLA-4抑制劑聯(lián)合治療腫瘤，有可能改善單用anti-CD137 mAbs引起的肝臟毒性，因?yàn)镃TLA-4抑制劑減少了anti-CD137 mAbs誘導(dǎo)的T細(xì)胞滲入肝臟。曲妥珠單抗是以人類表皮生長(zhǎng)因子受體2(HER2)為靶點(diǎn)的人源化單克隆抗體，主要適用于HER2陽(yáng)性乳腺癌女性，其抗癌機(jī)制之一是增強(qiáng)NK細(xì)胞介導(dǎo)的ADCC效應(yīng)。KOHRT等[30]研究證明，曲妥珠單抗在體外和異種移植模型中定位腫瘤部位后，通過免疫球蛋白Fc片段與NK細(xì)胞上相應(yīng)的Fcγ受體相互作用激活周圍的NK細(xì)胞，從而上調(diào)共刺激受體CD137的表達(dá)；隨后給予anti-CD137 mAbs促進(jìn)活化的NK細(xì)胞釋放細(xì)胞毒性顆粒，增強(qiáng)ADCC效應(yīng)，從而有效地殺死乳腺癌細(xì)胞。這種先靶向腫瘤后靶向機(jī)體免疫系統(tǒng)的順序抗體治療策略可能為增強(qiáng)治療性抗體在腫瘤中的療效提供了新思路。腫瘤靶向抗體與宿主先天免疫系統(tǒng)激活相結(jié)合的方法除了可改善表達(dá)HER2的腫瘤治療效果外，還可應(yīng)用于利妥昔單抗(一種抗CD20單克隆抗體)治療表達(dá)CD20的淋巴瘤和西妥昔單抗[一種靶向表皮生長(zhǎng)因子受體(EGFR)的IgG1單克隆抗體]治療表達(dá)EGFR的頭頸部、結(jié)直腸腫瘤中[31-32]。未來需要進(jìn)一步進(jìn)行臨床調(diào)查和研究，以確定這一創(chuàng)新性療法是否廣泛適用于臨床治療中。

共刺激受體CD137參與腫瘤免疫，并且與其他藥物聯(lián)合使用時(shí)能發(fā)揮協(xié)同作用，進(jìn)一步提高抗腫瘤療效，是一種在癌癥免疫治療中有前途的治療靶點(diǎn)。然而，CD137的廣泛表達(dá)使脫靶效應(yīng)成為一種潛在的風(fēng)險(xiǎn)，因此必須謹(jǐn)慎地進(jìn)行早期試驗(yàn)，進(jìn)一步優(yōu)化CD137介導(dǎo)的抗腫瘤方案，探索出最佳劑量及效果最佳的治療組合，降低肝臟毒性和最大限度地減少自身炎癥并發(fā)癥，提高臨床有效性和安全性，進(jìn)一步改善腫瘤患者預(yù)后。

3 小 結(jié)

目前，越來越多的研究投入到CD137/CD137L信號(hào)通路中，對(duì)其機(jī)制、生物學(xué)特性也有了更為全面、深刻的了解。對(duì)于許多傳統(tǒng)手段治療效果不佳的疾病，CD137/CD137L信號(hào)通路為臨床提供了廣闊的應(yīng)用前景。我們有理由相信，隨著免疫學(xué)、分子生物學(xué)及現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的不斷發(fā)展，CD137/CD137L信號(hào)通路一定會(huì)在自身免疫及腫瘤免疫等其他方面提供更多新的思路與可能。