PD-1/PD-L1軸在新型冠狀病毒感染中的研究進(jìn)展①

陳 蕊 王玲玲 董家輝 葉園園 李德富 郭振輝

（南部戰(zhàn)區(qū)總醫(yī)院重癥醫(yī)學(xué)科內(nèi)科病區(qū)，國家老年疾病臨床醫(yī)學(xué)研究中心（解放軍總醫(yī)院）分中心，廣州市老年感染與臟器功能支持重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510010）

新型冠狀病毒感染（coronavirus disease 2019，COVID-19）是一種由嚴(yán)重急性呼吸系統(tǒng)綜合征冠狀病毒2（severe acute respiratory syndrome coronavirus 2，SARS-CoV-2）引發(fā)的傳染病。目前對(duì)SARS-CoV-2感染尚無有效的針對(duì)性治療方法，主要是通過監(jiān)測(cè)和維持患者生命指標(biāo)等支持治療，及時(shí)給予有效氧療、呼吸機(jī)等呼吸支持治療，輔以靶器官支持治療［1-2］。SARS-CoV-2 感染可以激活先天性和適應(yīng)性免疫反應(yīng)，并在疾病后期導(dǎo)致細(xì)胞因子風(fēng)暴，這些不受控制的炎癥反應(yīng)導(dǎo)致局部和全身組織損傷。COVID-19 患者具有一個(gè)共同特征，即T 淋巴細(xì)胞減少癥，尤其是CD8+T細(xì)胞的減少。程序性死亡受體1（programmed cell death protein 1，PD-1）是活化的T細(xì)胞表達(dá)的免疫檢查點(diǎn)受體，是一種重要的免疫抑制分子。PD-1 通過向下調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)對(duì)人體細(xì)胞的反應(yīng)，以及通過抑制T 細(xì)胞炎癥活動(dòng)來調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)并促進(jìn)自身耐受。PD-1 配體（programmed cell death ligand 1，PD-L1）與免疫系統(tǒng)的抑制有關(guān)，可以傳導(dǎo)抑制性的信號(hào)。本文就相關(guān)方面的最新研究進(jìn)展綜述如下。

1 COVID-19

COVID-19是由SARS-CoV-2感染而引起的急性呼吸道傳染病，可導(dǎo)致成人和嬰兒急性呼吸道感染和胃腸炎，死亡率為3%～6%［3-5］。SARS-CoV-2 可經(jīng)呼吸道飛沫、密切接觸和氣溶膠迅速傳播，傳染源主要是SARS-CoV-2 的感染患者和病毒攜帶者，人群普遍易感［6］。SARS-CoV-2是一種的單股正鏈RNA 病毒，全長29 903 個(gè)核苷酸，是RNA 病毒中基因組最大的病毒。該病毒與SARS-CoV 和中東呼吸綜合征冠狀病毒（Middle-East respiratory syndrome coronavirus，MERS-CoV）一樣，利用血管緊張素轉(zhuǎn)換酶2（angiotensin converting enzyme 2，ACE2）作為受體進(jìn)入靶細(xì)胞［7-8］。SARS-CoV-2 與ACE2 的結(jié)合能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于SARS 病毒，使得SARS-CoV-2 獲得了更強(qiáng)的傳播能力［9］。研究發(fā)現(xiàn)，ACE2 主要表達(dá)于肺、胃腸道、肝、腎、心等臟器［10］。SARS-CoV-2通過囊膜表面的刺突狀蛋白與感染細(xì)胞膜表面的ACE2 受體，經(jīng)由激活病原體相關(guān)分子模式和損傷相關(guān)分子模式誘導(dǎo)宿主不同靶細(xì)胞的免疫損傷［11-12］。其中肺是SARS-CoV-2 感染誘導(dǎo)毒性作用的主要靶器官，腎臟、腸道、肝臟和神經(jīng)系統(tǒng)等器官也會(huì)出現(xiàn)不同程度免疫損傷［13］。SARS-CoV-2 感染主要分為三個(gè)階段：①無癥狀感染期，此階段可能傳播給其他易感人群；②上呼吸道癥狀期，主要出現(xiàn)流感樣癥狀；③病情癥狀嚴(yán)重期，主要包括膿毒癥、多器官衰竭等危重情況，可導(dǎo)致急性重癥肺炎、急性呼吸窘迫綜合征，甚至死亡［14-15］。有證據(jù)表明，機(jī)體免疫系統(tǒng)在抑制SARS-CoV-2 復(fù)制和傳播速度方面發(fā)揮重要作用［16-17］。而免疫系統(tǒng)紊亂是COVID-19 患者的重要臨床表現(xiàn)，也是導(dǎo)致患者進(jìn)展為重癥的重要因素［18］。淋巴細(xì)胞是機(jī)體免疫系統(tǒng)的核心成分，具備抵御和清除細(xì)菌、病毒等外來病原微生物的功能。除了呼吸困難、低氧血癥、急性呼吸窘迫綜合征和細(xì)胞因子風(fēng)暴，T 淋巴細(xì)胞減少癥是COVID-19 患者的典型特征之一，尤其CD8+T 淋巴細(xì)胞減少［19-20］，且CD8+T細(xì)胞減少程度與病情嚴(yán)重程度呈正相關(guān)［21-22］。而恢復(fù)期患者CD8+T 細(xì)胞和數(shù)量及功能逐漸恢復(fù)［23］。調(diào)控T細(xì)胞減少癥和細(xì)胞因子風(fēng)暴導(dǎo)致的免疫損傷是治療COVID-19 的關(guān)鍵環(huán)節(jié)［19］。因此，闡明SARS-CoV-2 感染誘導(dǎo)免疫損傷相關(guān)機(jī)制可為COVID-19免疫治療提供新策略。

2 PD-1和PD-L1

細(xì)胞表面PD-1可導(dǎo)致機(jī)體免疫系統(tǒng)應(yīng)答下調(diào)，抑制T 淋巴細(xì)胞的炎癥活性，增強(qiáng)自我耐受［24-25］。PD-1 作為免疫檢查點(diǎn)抑制分子，可增加淋巴結(jié)內(nèi)特定T 淋巴細(xì)胞程序性細(xì)胞死亡，并減少調(diào)節(jié)性T 淋巴細(xì)胞的凋亡［26］。PD-1 主要存在于CD8+和CD4+T淋巴細(xì)胞表面，通過與其配體（PD-L1 和PD-L2）結(jié)合來抑制T 淋巴細(xì)胞的功能，此外，PD-L1 的表達(dá)也抑制分泌IFN-γ 的T 淋巴細(xì)胞［26］。CD8+T 淋巴細(xì)胞分泌IFN-γ 及CD4+T 淋巴細(xì)胞分泌Th1 和Th2 淋巴細(xì)胞因子，與細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞在清除病毒顆粒及病毒感染方面發(fā)揮重要作用。因此，評(píng)估COVID-19患者效應(yīng)CD8+和CD4+T 細(xì)胞介導(dǎo)的特異性抗原反應(yīng)至關(guān)重要［27］。在SARS-CoV-2 感染過程中，T 細(xì)胞耗竭與T 細(xì)胞表面PD-1 和PD-L1 的表達(dá)增加呈正相關(guān)［28］。COVID-19 患者的特征之一是淋巴細(xì)胞減少，CD4+T 和CD8+T 細(xì)胞比例均顯著減少，而高表達(dá)PD-1的T淋巴細(xì)胞比例卻明顯增加［29］。在COVID-19危重癥患者，外周血的T 細(xì)胞、CD4+和CD8+T 細(xì)胞總數(shù)顯著減少，且T 細(xì)胞、CD8+T 細(xì)胞或CD4+T 細(xì)胞數(shù)量與血清IL-6、IL-10 和TNF-α 濃度呈負(fù)相關(guān)，而與患者存活率呈負(fù)相關(guān)［20］。研究表明，與無癥狀和輕型COVID-19 患者相比，重癥患者血清中PD-1 及PD-L1 分子水平顯著升高［30］。相較輕癥患者，重癥患者CD4+或CD8+T 細(xì)胞PD-1、穿孔素和顆粒酶B 的表達(dá)明顯升高［31］。此外，COVID-19患者血單核細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞表面PD-L1表達(dá)程度與病情嚴(yán)重程度呈正相關(guān)［32］。以上研究提示，PD-1/PD-L1 在COVID-19 的發(fā)病過程中起重要作用。然而，其具體機(jī)制尚不清楚。

3 COVID-19和PD-1/PD-L1

SARS-CoV-2優(yōu)先感染呼吸道上皮細(xì)胞，其對(duì)肺以外器官的直接親和力仍不清楚［16］。研究發(fā)現(xiàn)在咽、心臟、肝臟、大腦和腎臟等器官中也檢測(cè)到SARS-CoV-2，然而，SARS-CoV-2 對(duì)這些器官的直接作用仍存在爭議［16］。研究表明，原發(fā)性SARS-CoV-2感染過程中，T 細(xì)胞表面過表達(dá)PD-1 不損害T 細(xì)胞功能，反而激活T 細(xì)胞，誘導(dǎo)穿孔素和顆粒酶的分泌［33］。然而，也有研究表明，在COVID-19 患者中，T細(xì)胞表面過表達(dá)PD-1 導(dǎo)致T 細(xì)胞功能障礙，引起自身免疫，加重病情［34］。PD-1/PD-L1 通路在激活過程中產(chǎn)生抑制信號(hào)，抑制T細(xì)胞的增殖和活性，導(dǎo)致機(jī)體對(duì)病毒的免疫力下降［34］。COVID-19 患者CD4+和CD8+T 細(xì)胞CD95 和PD-1 表達(dá)均增加，而這些分子可導(dǎo)致初始T細(xì)胞的百分比降低［35］。T細(xì)胞PD-1和T 細(xì)胞免疫球蛋白黏蛋白-3（T cell immunoglobulin and mucin-domain containing-3，Tim-3）的表達(dá)水平與COVID-19 患者病情嚴(yán)重程度呈正相關(guān)［20］。SARSCoV-2 除了直接的細(xì)胞毒性作用，還可以通過激活宿主中的細(xì)胞因子風(fēng)暴［14］。SARS 是細(xì)胞因子風(fēng)暴的典型例子，其主要特征是肺纖維化、炎癥和高細(xì)胞因子血癥［35］。在COVID-19 重癥患者，先天免疫系統(tǒng)過度活躍導(dǎo)致細(xì)胞因子風(fēng)暴的發(fā)生［36］。與健康對(duì)照組相比，COVID-19 感染患者血漿IL-1β、IL-1Rα、IL-7、IL-8、IL-9、IL-10、GCSF、GMCSF、IFN-γ、IP10、MCP1、MIP1A、MIP1B、PDGF、TNF-α 和VEGF等細(xì)胞因子濃度更高。ICU 患者的血漿IL-2、IL-7、IL-10、GSCF、IP10、MCP1、MIP1A 和TNF-α 水平明顯高于非ICU 患者［13］。在COVID-19 患者中觀察到導(dǎo)致細(xì)胞因子風(fēng)暴的細(xì)胞數(shù)量明顯增加，包括單核細(xì)胞、中性粒細(xì)胞和自然殺傷細(xì)胞［37］。COVID-19重癥患者的肺巨噬細(xì)胞可能通過招募炎性單核細(xì)胞和中性粒細(xì)胞而導(dǎo)致肺部炎癥［38］。尸檢結(jié)果顯示，在COVID-19 患者心肌組織檢測(cè)到病毒，同時(shí)TNF-α、IFN-γ、IL-5、IL-6、IL-8、IL-18 等細(xì)胞因子基因高度表達(dá)［39］。PD-L1 以及細(xì)胞因子IL-6、IL-10、TNF-α 在COVID-19患者單核細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞中過表達(dá)［14］，COVID-19 患者外周血中的IL-6、IL-10 和TNF-α 水平升高，并促進(jìn)T 細(xì)胞表面PD-1 和Tim-3 等衰竭標(biāo)志物的表達(dá)，進(jìn)一步導(dǎo)致T 細(xì)胞免疫功能下降和記憶T 細(xì)胞活性喪失［20］。SARS-CoV-2 感染通過激活信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子3（signal transducers and activators of transcription 3，STAT-3）誘導(dǎo)靶細(xì)胞分泌IL-10，導(dǎo)致單核細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞中PD-1和PD-L1過表達(dá)［14］。反過來單核細(xì)胞表面的PD-1 并通過與PD-L1 配體結(jié)合誘導(dǎo)IL-10 分泌［40］。IL-10 作為一種抑制性細(xì)胞因子，可抑制T 細(xì)胞的生成、活化和增殖，導(dǎo)致COVID-19 患者細(xì)胞免疫反應(yīng)功能障礙［20］。與單核細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞不同，COVID-19患者中性粒細(xì)胞PD-L1 表達(dá)減少，然而，SARS-CoV-2 可誘導(dǎo)中性粒細(xì)胞分泌IL-6、IL-1β、IL-8 及TNF-α 等大量細(xì)胞因子，啟動(dòng)細(xì)胞因子風(fēng)暴，導(dǎo)致組織炎性損傷［32］。PD-1/PD-L1 軸抑制劑可為COVID-19 患者細(xì)胞因子風(fēng)暴和T 細(xì)胞耗竭提供一種新的治療策略［41］。

4 COVID-19和PD-1/PD-L1軸抑制劑

通過對(duì)COVID-19 危重癥患者的臨床標(biāo)本的檢查，顯示PD-1/PD-L1 在病情進(jìn)展中扮演重要角色。因此，PD-1/PD-L1 軸抑制劑可為緩解COVID-19 癥狀甚至免疫SARS-CoV-2 病毒感染提供新療法。在癌癥治療及呼吸道感染中，靶向調(diào)控Tim-3、PD-1 等免疫抑制調(diào)節(jié)分子相關(guān)通路，可增加T細(xì)胞和NK細(xì)胞的數(shù)量和功能來提高細(xì)胞免疫功能［42-43］。IL-10作為T細(xì)胞耗竭的標(biāo)志，阻斷IL-10的功能可以有效防止T 細(xì)胞耗竭，增加其在慢性感染中的功能［32］?？紤]到H7N9 致命性疾病與COVID-19 患者癥狀的高度相似性，高水平的細(xì)胞毒顆?？蓪?dǎo)致T 細(xì)胞激活受限甚至衰竭，當(dāng)給COVID-19 患者使用PD-1/PD-L1軸抑制劑藥物時(shí)，可能會(huì)改善這種狀況，甚至逆轉(zhuǎn)［44-45］。研究表明，在膿毒癥患者和免疫缺陷患者，通過特異性抗體阻斷PD-1/PD-L1 軸以增強(qiáng)T 細(xì)胞的免疫應(yīng)答，可有效清除病原體、改善癥狀、提高的生存期［46］。因此，PD-1/PD-L1 軸抑制劑藥物可能對(duì)改善COVID-19 患者癥狀和恢復(fù)耗竭的T 細(xì)胞是有效的。然而，不容忽視的是PD-1/PD-L1 軸抑制劑最常見的并發(fā)癥之一是抑制劑相關(guān)肺炎［47］。研究發(fā)現(xiàn)，在癌癥患者中使用PD-1/PD-L1 軸抑制劑明顯增加COVID-19 病情嚴(yán)重程度［48］。而另一項(xiàng)研究表明，在COVID-19 感染癌癥患者，PD-1 抑制劑與COVID-19 病情嚴(yán)重程度無關(guān)［49］。因此，需要更多、更廣泛、更全面的研究來闡明PD-1/PD-L1 軸抑制劑對(duì)COVID-19的治療作用。

5 小結(jié)與展望

綜上所述，T 細(xì)胞耗竭和細(xì)胞因子風(fēng)暴是導(dǎo)致COVID-19 病情進(jìn)展的主要因素。SARS-CoV-2 感染靶細(xì)胞，激活先天和后天免疫系統(tǒng)細(xì)胞。激活的巨噬細(xì)胞、單核細(xì)胞、中性粒細(xì)胞和自然殺傷細(xì)胞釋放大量細(xì)胞因子，導(dǎo)致細(xì)胞因子風(fēng)暴。激活的T 細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞分泌炎癥細(xì)胞因子，如IL-10 和IFN-γ。IL-10反過來促進(jìn)單核細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞表面PD-1 的表達(dá)，抑制CD4+T 細(xì)胞的功能。單核細(xì)胞的PD-L1 通過與CD8+T 細(xì)胞表面的PD-1 結(jié)合，從而抑制其抗病毒活性，最終導(dǎo)致疾病進(jìn)展。PD-1/PD-L1軸抑制劑藥物可能為改善COVID-19 患者癥狀和恢復(fù)耗竭的T細(xì)胞提供一種新的治療策略。