ICOS/ICOSL的免疫調節作用與相關疾病的研究進展

李盛村，王 婷，王國祥*

(蘇州大學1.體育學院，江蘇蘇州215021;2.醫學部基礎醫學與生命科學學院，江蘇蘇州215123)

腫瘤異?？乖颖苊庖呦到y的監控才能存活，因此免疫監視和免疫應答在預防和消除疾病的過程中起到重要作用。協同刺激信號在產生細胞免疫效益的過程中起重要作用?？烧T導協同刺激分子(inducible co-stimulator，ICOS)及其配體(ICOSL)結合介導的協同刺激信號，能調節T 細胞的活化、增殖以及細胞因子的分泌。近年來研究證實，ICOS/ICOSL 信號通路與炎性反應、自身免疫性疾病、腫瘤和移植排斥等均有聯系［1］。鑒于此，本綜述介紹ICOS/ICOSL 的結構及其免疫調節功能，并綜述最近與ICOS/ICOSL 有關的臨床疾病研究。

1 ICOS 和ICOSL 分子結構

ICOS 是由2 個亞單位構成的同源二聚體，屬Ⅰ型跨膜蛋白，相對分子質量分別約為55～60 ku 屬于免疫球蛋白超家族。ICOS 的氨基酸組成與CD28和CTLA-4 分別有24%和17%的同源性。ICOS 的胞質區含有YMFM 基序，能與PI3K 激酶結合，胞外區含有一個V 樣Ig 功能區，其中的FDPPF 基序是與相應配體ICOSL 結合的結構。ICOSL［2］基因含有7 個外顯子，其中多個外顯子編碼胞外兩個免疫球蛋白樣結構，1 個外顯子編碼跨膜區，2 個編碼胞內區。ICOSL 的基因產物是由309 個氨基酸組成的Ⅰ型跨膜糖蛋白，約63～72 ku，胞外區與B7 家族其他分子相似，包含IgV 和IgC 區，該分子的胞內段根據不同的生理環境及細胞自身的狀態剪接形成不同的異構體。其中的4 個半胱氨酸及IgV 區80 位的酪氨酸都是保守位點，不僅是B7 家族標志性位點，而且對于免疫球蛋白樣結構的形成十分重要［3］。

2 ICOS 和ICOSL 對免疫細胞的調控

ICOS 與其配體ICOSL 結合后能夠產生一系列與免疫反應相關的效應。初期的研究主要集中在ICOS/ICOSL 對Th1 或Th2 的作用，而最近的研究則集中在ICOS/ICOSL 對生發中心(germinal center，GC)的形成和免疫球蛋白的類型轉換等方面。此外，不少研究者關注ICOS/ICOSL 在自身或非自身免疫反應中與效應性和調節性T 細胞的功能關系。

2.1 對B 細胞免疫應答的調控

研究發現敲除ICOS 基因小鼠和ICOS 缺失的普通變異型免疫缺陷病(common variable immunodeficiency，CVID)患者既不能形成生發中心，也不能進行免疫球蛋白的類別轉換，這表明ICOS/ICOSL 信號在B 細胞免疫應答中有著潛在的重要作用。近年來，一種新的功能性細胞亞群-濾泡性輔助T 細胞(follicular helper cells，Tfh cells)在B 細胞生發中心的形成和抗體類型轉換中的作用越來越受到人們的關注［4］。特異性敲除ICOS，使c-Maf 轉錄降低以及細胞因子IL-21 分泌減少，從而影響Tfh 的功能發揮［5］;而在轉ICOS 基因小鼠中，由于ICOS 的高表達，促進了IL-21 的分泌，最終使得Tfh 細胞分化和增殖，促進B 細胞生發中心形成［6］。

B 細胞分泌的ICOSL 能夠介導非典型NF-κB信號通路，從而調節Tfh 細胞的分化［7］。除此之外，ICOS/ICOSL 信號通路還能促進T 細胞上CD40L 的表達，CD40 和CD40L 形成信號通路后能夠進一步地促進B 細胞的成熟和存活［8］。因此，ICOS/ICOSL信號通過調節Tfh 細胞的分化增殖而對B 細胞免疫應答產生影響。

2.2 對T 細胞免疫應答的調控

ICOS/ICOSL 信號對CD4+T 細胞，Th1、Th2、Th17 細胞以及調節性T 細胞(Treg)的形成也有重要影響。早期研究顯示，ICOS/ICOSL 信號通路能夠促進Th1 和Th2 的相關細胞因子IFN-γ、TNF-α、IL-4、IL-5 和IL-10 等的分泌，而ICOS 基因敲除小鼠對細菌性或者病毒性炎性反應不具有免疫性，這可能與ICOS/ICOSL 信號通路的缺失影響了Th1 和Th2 免疫反應有關。ICOS/ICOSL 信號尤其對Th2免疫反應有優勢作用，不僅可以促使Th2 極化相關的細胞因子的表達，而且對Th2 相關的轉錄因子NFATc1 和c-Maf 具有上調作用;同樣，不表達ICOSL 的APC 無法誘導CD4+T 細胞上c-Maf 的轉錄，最終抑制了Th2 細胞的分化［9］。ICOS 的缺失明顯抑制了Th1 介導的自身免疫糖尿癥和Th2 介導的氣道炎性反應的病理進程［10］。深入的研究還發現，在免疫效應階段通過運用ICOS 抗體阻斷ICOS/ICOSL 信號通路，可以減輕疾病臨床表現，而并不能減輕疾病的早期階段，提示ICOS 可能在Th17 效應階段發揮了調節作用［11］。

ICOS/ICOSL 信號對于記憶性T 細胞和Treg 的研究相對還較少。研究顯示，在缺乏ICOS/ICOSL共刺激信號通路時，效應記憶性T 細胞存活率降低，但是中央記憶性T 細胞沒有明顯變化［12］。與此一致，敲除ICOS 基因小鼠和缺乏ICOS 的CVID 患者，記憶性CD4+T 細胞數量減少，這說明ICOS 可能在調節記憶性T 細胞的數量方面有著很重要的作用［13］。在ICOS 基因敲除小鼠中，CD4+Foxp3+細胞的數量減少，表明ICOS 對于維持Treg 的平衡起著重要作用;在體外，ICOS/ICOSL 信號通路能夠促使Treg 細胞增殖及存活，表明在ICOS/ICOSL 信號中斷的情況下，Treg 細胞不能增殖和存活［14］。上述研究結果提示，ICOS/ICOSL 信號對各種類型的T細胞的功能均有不同程度的影響。

3 ICOS/ICOSL 與相關臨床疾病的研究

3.1 ICOS/ICOSL 與自身免疫性疾病

通過研究Grave's 病、狼瘡性腎炎和類風濕性關節炎(rheumatoid arthritis，RA)等自身免疫病時均發現，ICOS/ICOSL 途徑與自身免疫病的病理進程存在密切關系。該途徑主要在T 細胞應答的效應階段發揮功能［15］，因此ICOS/ICOSL 在自身免疫病中的作用引起高度重視。

RA 患者的外周血和滑膜液中的ICOSL 水平顯著高于健康組，這種升高會導致細胞因子IL-21 的水平顯著升高，繼而參與了關節腔內的局部炎性反應。ICOS 參與炎性反應可能與B 淋巴細胞介導的Tfh 細胞活化有關，Tfh 細胞的激活率可以用于評價RA 患者治療干預效果［16］。有研究使用抗體阻斷ICOS 與其配體的結合，隨著ICOS 信號阻斷，減少促炎性細胞因子及相應抗體的產生，繼而能夠顯著減緩關節炎的病程發展;然而ICOS 信號的減弱也減少淋巴結和脾的濾泡輔助T 細胞以及生發中心B細胞的數量，對機體系統性免疫帶來負面影響［17］。因此，針對協同刺激信號治療RA 的實驗仍需要更加深入的探索，如靶向DNA 疫苗［18］，靶向阻斷信號分子等技術和手段的應用不斷完善，可能為RA 的安全而系統的治療帶來新的希望。

系統性紅斑狼瘡(systemic lupus erythematosus，SLE)是一種彌漫性、全身性自身免疫病。研究發現ICOS/ICOSL 途徑在SLE 的發病機制中發揮重要作用。在SLE 患者群體中發現T 細胞表面信號ICOS表達增加，而小鼠SLE 模型中ICOS 不足又缺少IgG和抗dsDNA 抗體［19］。在小鼠的紅斑狼瘡實驗中，用抗ICOSL 單抗阻斷該信號后可抑制與該病相關的細胞和體液免疫反應。如T 細胞表面活化標志CD69 和CD25 的表達降低，并且下調細胞因子IL-4、IL-10 和IFN-γ 及自身抗體的表達水平，進而改善臨床病理表現，阻止疾病的進一步惡化［20］。一些針對狼瘡治療的產品(例如Amgen treatment AMG 577)已經被開發出來，AMG577 是一種人類單克隆抗體，靶向作用于B7RP-1，可以阻斷ICOS 相關信號［19］。

3.2 ICOS/ICOSL 與腫瘤

ICOSL 作為B7 家族成員之一，能夠表達于腫瘤細胞表面，在腫瘤免疫中起重要作用。檢測血液瘤細胞系中ICOSL 的表達，結果發現FBL3、A20 和P388 細胞中均高表達ICOSL［21］，提示ICOSL 與血液相關腫瘤的密切關聯。有研究指出，阻斷ICOSL后，細胞因子IL-4 和IL-10 表達降低，減少腫瘤免疫反應，不利于激活T 細胞［22］。然而，相關研究較少甚至存在矛盾。盡管如此，ICOS 在加強腫瘤免疫中的作用應該值得肯定，例如ICOS 可在NK 細胞中被誘導［1］，黑素瘤細胞存活率與ICOS 的表達密切相關［23］。

4 展望

盡管ICOS/ICOSL 協同刺激信號參與多種臨床疾病的病理生理過程，并且在這些方面積累了不少研究。然而，ICOS/ICOSL 對免疫細胞產生的確切作用機制值得繼續深入研究。ICOSL 在抗原遞呈和記憶T 細胞形成等方面均發揮一定作用，全面探索ICOS/ICOSL 協同刺激通路能夠為將來靶向治療自身免疫疾病和腫瘤提供理論基礎和實驗依據。

［1］Merrill JT.Co-stimulatory molecules as targets for treatment of lupus［J］.Clini Immunol，2013，148:369-375.

［2］Ramos RN，Moraes CJ，Zelante B，et al.What are the molecules involved in regulatory T-cells induction by dendritic cells in cancer?［J］.Clini Dev Immunol，2013:1-10.

［3］Podojil JR，Miller SD.Targeting the B7 family of co-stimulatory molecules:successes and challenges［J］.Bio Drugs，2013，27:1-13.

［4］Ahearne MJ，Willimott S，Pi?on L，et al.Enhancement of CD154/IL4 proliferation by the T follicular helper (Tfh)cytokine，IL21 and increased numbers of circulating cells resembling Tfh cells in chronic lymphocytic leukaemia［J］.Br J Haematol，2013，162:360-70.

［5］Bauquet AT，Jin H，Paterson AM，et al.The costimulatory molecule ICOS regulates the expression of c-Maf and IL21 in the development of follicular T helper cells and TH17 cells［J］.Nat lmmunol，2009，10:167-175.

［6］Zhang X，Ing S，Fraser A，et al.Follicular helper T cells:new insights into mechanisms of autoimmune diseases［J］.Ochsner J，2013，13:131-139.

［7］Hu H，Wu X，Jin W，et al.Noncanonical NF-κB regulations inducible costimulator (ICOS)ligand expression and T follicular helper cell development［J］.PNAS，2011，8:12827-12832.

［8］Matsui Y，Okamoto H，Inobe M，et al.Adenovirus-mediated gene transfer of ICOSIg fusion protein ameliorates ongoing experimental autoimmune myocarditis［J］.Hum Gene Ther，2013，14:521-532.

［9］Liu X，Nurieva RI，Dong C.Transcriptional regulation of follicular T-helper (Tfh)cells［J］.Immunol Rev，2013，252:139-145.

［10］Larimore K，Liang L，Bakkour S，et al.B7h-expressing dendritic cells and plasma B cells mediate distinct outcomes of ICOS costimulation in T cell-dependent antibody responses［J］.BMC Immunol，2012，13:29-30.

［11］Galicia G，Karsran A，Uyttenhove C，et al.ICOS deficiency results in exacerbated IL17 mediated experimental autoimmune encephalomyelitis［J］.Clin Immunol，2009，29:426-433.

［12］Li J，Semple K，Sah WK，et al.Role of CD28，CTLA4 and ICOS costimulation in acute graftversus-host disease in mice［J］.Biol Blood Marrow Transplant，2011，17:962-969.

［13］Porichis F，Hart MG，Zupkosky J，et al.In vitro assay to evaluate the impact of immunoregulatory pathways on HIVspecific CD4 T cell effector function［J］.J Vis Exp，2013，doi:10.3791/50821.

［14］Zhao L，Feng XB，Wang YS，et al.Influence of anti-ICOS antibody on quantity and function of CD4(+ );CD25(+);Foxp3(+);Treg from lymph and blood of rats with bronchial asthma［J］.Xi Bao Yu Fen Zi Mian Yi Xue Za Zhi，2012，28:1029-1032.

［15］Ceeraz S，Hall C，Choy EH，et al.Defective CD8 +CD28+ regulatory T cell suppressor function in rheumatoid arthritis is restored by tumour necrosis factor inhibitor therapy［J］.Clin Exp Immunol，2013，174:18-26.

［16］Wang J，Shan Y，Jiang Z，et al.High frequencies of activated B cells and T follicular helper cells are correlated with disease activity in patients with new-onset rheumatoid arthritis［J］.Clin Exp Immunol，2013，174:212-220.

［17］Frey O，Meisel J，Hutloff A，et al.Inducible costimulator(ICOS)blockade inhibits accumulation of polyfunctional T helper 1/T helper 17 cells and mitigates autoimmune arthritis［J］.Ann Rhem Dis，2010，69:1495-1501.

［18］Xue H，Liang F，Liu N，et al.Transduction of the activity of a new DNA caccine targeted to B7-2/CD28 costimulatory signaling pathway in autoimmune arthritis［J］.Hum Gene Ther，2011，22:65-76.

［19］Ichinose K，Juang YT，Crispín JC，et al.Suppression of autoimmunity and organ pathology in lupus-prone mice upon inhibition of calcium/calmodulin-dependent protein kinase type IV［J］.Arthritis Rheum，2011，63:523-529.

［20］Odegard J，DiPlacido LD，Greenwals L，et al.ICOS controls effector function but not trafficking receptor expression of kidney-infiltrating effector T cells in murine lupus［J］Immunol，2009，182:4076-4084.

［21］Wang B，Ma N，Cheng H，et al.Effects of ICOSLG expressed in mouse hematological neoplasm cell lines in the GVL reaction［J］.Bone Marrow Transplant，2013，48:124-128.

［22］Wang B，Cheng H，Wang L，et al.Expression of ICOSLG on mouse hematologic neoplasm cell lines and their influence on cytotoxicity in allogeneic mixed lymphocyte reactions［J］.Leuk Lymphoma，2012，53:674-680.

［23］Simpson TR，Quezada SA，Allison JP.Regulation of CD4 T cell activation and effector function by inducible costimulator (ICOS)［J］.Curr Opin Immunol，2010，22:326-332.