PD-1/PD-L1通路與多發(fā)性硬化

曹青青，　解忠祥，　王　旭，　程　云綜述，　金　濤審校

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PD-1/PD-L1通路與多發(fā)性硬化

曹青青，解忠祥，王旭，程云綜述，金濤審校

多發(fā)性硬化(multiple sclerosis,MS)是一種以中樞神經(jīng)系統(tǒng)(central neurology system,CNS)白質炎性脫髓鞘為主要病理特點的自身免疫病，以反復復發(fā)、緩解為主要特征，其發(fā)病受諸多因素的影響，并有多種內(nèi)源性調節(jié)因子和途徑參與其中。實驗性自身免疫性腦脊髓炎(experimental autoimmune encephalomyelitis,EAE)是目前研究MS的經(jīng)典動物模型。程序性死亡受體-1(programmed death 1,PD-1)與其兩個配體程序性死亡配體-1/2(programmed death ligand-1/2,PD-L1/L2)相互作用不僅對誘導和維持免疫耐受及避免自身免疫損害具有重要作用，而且可以降低感染和腫瘤的免疫反應。在調節(jié)免疫方面主要是PD-1與PD-L1結合，傳遞負性協(xié)同刺激信號抑制T、B淋巴細胞的增殖活化，從而在外周免疫耐受中發(fā)揮重要作用。PD-1/PD-L1信號通路在中樞神經(jīng)自身免疫反應中的研究主要來自MS及其動物模型EAE。

1　PD-1/PD-L1與MS/EAE

MS是一種以中樞神經(jīng)系統(tǒng)多部位脫髓鞘病變?yōu)橹饕±硖攸c的自身免疫病，具有復雜的遺傳背景，大多數(shù)患者表現(xiàn)為反復發(fā)作的神經(jīng)功能障礙，病情每況愈下，目前關于MS的病因及發(fā)病機制仍不清楚，可能與病毒感染、自身免疫反應及遺傳因素有關[1]。大量研究表明自身反應性CD4+T細胞在MS發(fā)病過程中發(fā)揮重要作用，其中輔助性T細胞1(helper T cell 1,Th1)和輔助性T細胞17型(helper T cell 17,Th17)主要起促進炎癥反應的作用，而輔助性T細胞2(helper T cell 2,Th2)和調節(jié)性T細胞(regulatory T lymphyocyte,Treg)主要起保護作用。在外周淋巴結內(nèi)，CD4+T細胞被抗原提呈細胞(antigen presenting cell,APC)如DC激活，分化為Th1和Th17細胞，透過血腦屏障后，T細胞再次被APC激活，進而促進炎癥形成、髓鞘脫失和軸突破壞[2]。

PD-1屬于B7-CD28超家族一員，具有負性協(xié)同刺激作用的免疫抑制受體，由PDCD1編碼，基因定位于染色體2q37.3，是一個相對分子質量為50～55×103的免疫球蛋白超家族Ⅰ型跨膜蛋白，主要以單體形式表達于活化的T細胞、B細胞、單核細胞、NK細胞和DC等細胞表面[3]。PD-1與多種自身免疫病相關，如MS、腫瘤、糖尿病、類風濕性關節(jié)炎、系統(tǒng)性紅斑狼瘡、動脈粥樣硬化形成等。PD-1有PD-L1和PD-L2兩個配體，這兩種配體分別由CD274和鄰近的PDCD1LG2編碼，基因均位于染色體9p21.4[4]。PD-L1和PD-L2有37%的相似性，前者持續(xù)表達于小鼠的T細胞、B細胞、DC、巨噬細胞、間充質干細胞、骨髓源性細胞及非造血細胞表面等；后者僅表達于活化的DC、巨噬細胞、骨髓源性細胞和靜息的腹膜B1細胞。

PD-1基因多態(tài)性與MS患者病程進展相關，PD-1可抑制T細胞分泌細胞因子，如IFN-γ，在具有PD-1基因多態(tài)性的MS患者群體中，這種抑制作用受損[5]。PD-1/PD-L1信號通路是一條在免疫反應效應階段發(fā)揮重要作用的負性調節(jié)信號通路，可通過調控T細胞的活性來誘導并維持免疫的外周耐受，活化T細胞表達的PD-1與PD-L1結合后可阻斷CD28/B7所提供的活化信號[6,7]。正常情況下，PD-L1在中樞神經(jīng)系統(tǒng)很少表達，然而在EAE小鼠發(fā)病期，PD-L1可在中樞神經(jīng)系統(tǒng)炎性細胞、星形膠質細胞及血管內(nèi)皮細胞表達。2003年，Salama等[8]首次報道PD-1信號通路對EAE疾病的進展有重要調控作用。PD-1/PD-L1在EAE小鼠的CNS中的表達量逐漸增加，而PD-L2并無變化。敲除PD-L1后，EAE的發(fā)病時間提前且癥狀更嚴重，CNS中有更多的淋巴細胞浸潤，自身免疫應答也增強，IFN-γ生成增多，且用單克隆抗體阻斷PD-1表達可導致自身抗原反應性T細胞的增殖和活性程度加大，細胞炎性因子分泌增多。PD-1/PD-L1相互作用調節(jié)EAE的嚴重程度和疾病進展，而PD-1/PD-L2相互作用無此效應，這說明在EAE疾病免疫應答調控過程中，主要是通過PD-1/PD-L1發(fā)揮作用[9,10]。在疾病誘導階段，阻斷PD-L1會增加動物對EAE疾病的易患性，而在慢性期阻斷PD-L1會加速疾病的復發(fā)[11]。研究表明[9,10]，在EAE小鼠中可知APC表達的PD-L1直接抑制自身反應性T細胞，而在PD-L1缺失后，EAE發(fā)病早期的炎癥因子如IFN-γ、TNF-α、IL-17等的分泌較野生型小鼠顯著增加，而在發(fā)病后期，上述炎癥因子則較野生型小鼠降低。PD-1基因缺陷動物患自身免疫系統(tǒng)疾病的原因可能是因為PD-1抑制信號去除后導致機體的免疫平衡失調，從而產(chǎn)生了過度的針對自身抗原的免疫應答。由此可知，PD-1/PD-L1 在 MS/EAE 的發(fā)病和防治中起到了重要作用。

2　PD-1/PD-L1與MS中相關細胞之間的相互作用

2.1PD-1/PD-L1與Treg的作用調節(jié)性T細胞(Treg)具有抑制免疫反應，調節(jié)免疫耐受的作用，其功能異常可引起多種自身免疫病。Treg通過抑制活化的T細胞增殖及細胞因子產(chǎn)生發(fā)揮免疫調節(jié)作用。Treg表面標志物為CD4+CD25+，其分化受叉狀頭/翅膀狀螺旋轉錄因子(transcription factor forkhead box P3,FoxP3)調控。Treg可在胸腺內(nèi)產(chǎn)生，也可體外在DC和轉化生長因子-β(transforming growth factor β,TGF-β)存在的條件下誘導生成。在MS/EAE中，Treg主要執(zhí)行免疫抑制功能，限制過度及錯誤的免疫反應。Treg功能低下是導致MS/EAE發(fā)病的另一重要原因。向EAE小鼠過繼轉移Treg可減輕EAE病情，而刪除EAE小鼠體內(nèi)的Treg會加重病情。與健康人相比，MS患者腦脊液及血液中Treg的數(shù)量無明顯變化，但MS患者Treg的功能受到顯著抑制[12]。

PD-1/PD-L1信號通路已經(jīng)證實在誘導免疫耐受和Treg形成過程中起重要作用。PD-1和PD-L1在Treg細胞表面表達增高并對Treg抑制功能的發(fā)揮起重要作用，阻斷PD-1能削弱CD4+CD25+Treg 的抑制能力。Francisco 等[13]研究表明PD-1的增加首先可誘導Treg細胞的形成：PD-1誘導的Treg表達磷酸化的蛋白激酶B(protein kinase B，PKB即Akt)、雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin,mTOR)、S6 和 細胞外信號調節(jié)激酶2(extracellular signal regulated kinase 2,ERK2)的能力降低，同時人第10號染色體缺失的磷酸酶及張力蛋白同源的基因(phosphatase and tensin hemology deleted on chromosome ten gene,PTEN)表達升高，提示PD-1信號通過中和Akt/mTOR來促進Treg細胞的增殖。雖然PD-L1對Treg的具體作用機制尚不明確，但是大量研究數(shù)據(jù)表明PD-L1可明顯誘導Treg數(shù)量增加及促進Treg發(fā)揮功能。Francisco等人[13]也已經(jīng)證實PD-L1與轉化生長因子-β(transforming growth factor β,TGF-β)體外協(xié)同作用可促進幼稚T細胞向Treg轉變，以及缺乏PD-L1基因的小鼠Treg數(shù)量也顯著減少。PD-1/PD-L1的相互作用在Treg的發(fā)展和維持中起關鍵作用。由此可知，PD-1/PD-L1在MS/EAE中可通過影響Treg數(shù)量及功能發(fā)揮重要作用。

2.2PD-1/PD-L1與DC的作用DC是目前所知功能最強也是唯一能刺激初始型T細胞活化和增殖的APC,可誘導原始CD4+T細胞分化為自身反應性T細胞，在天然和獲得性免疫中發(fā)揮極其重要的作用。DC同時具有介導免疫反應和誘導免疫耐受的作用，在EAE疾病的不同時期，CNS中的DC可發(fā)揮不同的作用，例如在發(fā)病初期發(fā)揮促炎作用而在后期卻具有促進疾病恢復的作用，這可能與疾病不同時期局部微環(huán)境的改變影響DC的功能有關。DC在MS/EAE發(fā)病過程中起樞紐作用，MS患者中DC促進免疫反應的能力增強，誘導免疫耐受的能力降低，且MS患者體內(nèi)的DC表型也發(fā)生很大變化：CD86表達增高，PD-L1表達降低，炎癥性細胞因子IL-12及TNF-α的分泌也較正常對照組增高[14]。

DC可通過誘導Treg的產(chǎn)生與維持以及誘導T細胞失活，來防止自身免疫反應的發(fā)生，維持機體的穩(wěn)定[15]。DC通過表達PD-L1，誘導Treg產(chǎn)生，抑制中樞神經(jīng)系統(tǒng)的炎癥反應，避免EAE進一步加重[16]。同時，Treg細胞表達的PD-1能夠通過與DC表面的配體PD-L1結合而向DC細胞傳遞反向信號，下調DC表面的成熟標志物CD40、CD80、CD86的表達，介導DC成熟障礙并抑制DC的抗原遞呈功能，最終誘導外周耐受的破壞，減少MS/EAE的發(fā)生[17]。Treg細胞誘導PD-L1表達，阻遏PD-L1從而逆轉Treg細胞調節(jié)DC的功能，即通過DC促進PD-L1的上調來增強免疫抑制功能[18]。有報道稱：骨髓源性的DC上的PD-L1與PD-1結合后可誘導抑炎因子IL-10分泌[17]。由此可知，PD-1/PD-L1通過DC誘導具有免疫抑制作用Treg和促進抑炎因子IL-10的分泌及其他一些復雜的免疫反應機制從而控制MS/EAE的病情發(fā)展。

2.3PD-1/PD-L1與Th17細胞的作用Th17細胞是一類不同于Thl、Th2細胞的新的CD4+T細胞亞群，通過分泌IL-17等前炎癥因子，在多種自身免疫性疾病、感染和腫瘤等疾病中發(fā)揮重要作用。在感染或炎癥早期，Th17細胞分泌的IL-17能促進Th17細胞激活，刺激各種免疫細胞產(chǎn)生多種細胞因子如IL-6、IL-8、粒細胞集落刺激因子(granuloeyte colony stimulating factor,G-CSF)及細胞黏附分子，從而有效地介導前炎癥反應[18]。IL-17同白介素-1β(interleukin-1β,IL-1β)、TNF-α 或TCR激活劑細菌脂多糖功能相似，可以誘導固有免疫炎癥細胞因子IL-6、急性反應蛋白、G-CSF和前列腺素E2等的表達。IL-17還可以與炎癥因子有協(xié)同作用，加強放大其致炎效應。Treg細胞在體內(nèi)執(zhí)行免疫抑制功能，限制過度及錯誤的免疫應答。Th17/Treg 平衡對維持正常免疫應答，防止自身免疫具有重要意義。而在MS/EAE中，平衡向Th17傾斜，Th17 功能亢進，IL-17分泌增多，Treg 細胞功能降低。

PD-1/PD-L1通路在維持Th17/Treg平衡中起著重要的作用，阻斷PD-1/PD-L1通路會導致Treg的功能降低及IL-17細胞數(shù)量增加從而導致機體耐受性喪失，誘發(fā)自身免疫性疾病發(fā)生。有報道稱，在使用PD-L1治療EAE實驗中，未出現(xiàn)Treg向Th17細胞表型的轉換，而是出現(xiàn)IL-17分泌減少，從而減輕炎癥反應[19]。在該研究中[20]，有人提出PD-1基因敲除小鼠中Th17細胞的產(chǎn)生和變異性增加，而且阻斷PD-L1可誘導Treg細胞凋亡及Th17細胞升高，而這些Th17細胞主要來自CD4+Foxp3-細胞，而非Treg細胞亞型的轉換。因此，PD-1/PD-L1負性調節(jié)通路主要起調節(jié)Treg與致病性T細胞之間平衡的作用。由此可知，PD-1/PD-L1通過調節(jié)Th17/Treg之間的平衡在MS/EAE疾病的控制和進展中發(fā)揮重要作用。

2.4PD-1/PD-L1 與Th1細胞的作用Th1細胞是CD4+T細胞的一個亞型，是在MS/EAE中發(fā)現(xiàn)的最早的致病性CD4+T細胞[21]，Th1細胞主要產(chǎn)生 Th1 類細胞因子IFN-γ。在 MS患者及EAE小鼠的中樞神經(jīng)系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)了大量Th1細胞浸潤，表明Th1細胞在EAE和MS中起促進炎癥反應作用[13]。致病性Th1細胞的激活，需要APC特別是DC的參與，Th1細胞在EAE的發(fā)病中起重要作用。

PD-1可以抑制轉錄因子相關Th1細胞功能的表達。最新研究表明[21，22]阻斷PD-1/PD-L1通路引起EAE小鼠中Th1型炎性反應顯著增強，因此，PD-1/PD-L1通路在抑制Th1型自身免疫病中發(fā)揮重要作用[23]。阻斷PD-1/PD-L1通路可以使促炎因子如TNF-α、IFN-γ等分泌增加進而介導炎癥反應，加快MS/EAE進展及疾病的嚴重程度。由此可知，PD-1/PD-L1通路在MS/EAE中通過調節(jié)Th1型細胞促炎分子的分泌來發(fā)揮作用的。

3　小　結

PD-1和PD-L1的數(shù)量在MS/EAE中明顯升高，它們的表達與疾病的發(fā)展過程密切相關。PD-1/PD-L1通路不僅在T細胞活化初始階段起關鍵性作用，也影響后來的效應功能和靶向器官的浸潤。然而，雖然目前有多種研究報道PD-1/PD-L1在EAE中具有重要作用，但是具體作用機制尚未得到充分肯定，有待進一步研究。PD-1/PD-L1通路作用機制具體如何，能否作為疾病發(fā)生、緩解及療效觀察的指標，進而能否作為一個干預的靶點，仍值得進一步深入探討。

[1]賈建平.中樞神經(jīng)系統(tǒng)感染性疾病[A].吳江.神經(jīng)病學[M].第2版.北京：人民衛(wèi)生出版社,2010.198-199.

[2]Fletcher JM,Lalor SJ,Sweeney CM,et al.T cells in multiple sclerosis and experimental autoimmune encephalomyelitis[J].Clin Exp Immunol,2010,162(1):1-11.

[3]Keir ME,Butte MJ,Freeman GJ,et al.Pd-1 and its ligands in tolerance and immunity[J].Ann Rev Immunol,2008,26:677-704.

[4]Xia Y,Jeffrey ML,Young KH.Signaling pathway and dysregulation of pd1 and its ligands in lymphoid malignancies[J].Biochimica et Biophysica Acta,2016,1865(1):58-71.

[5]Kroner A,Mehling M,Hemmer B,et al.A PD-1 polymorphism is associated with disease progression in multiple sclerosis[J].Ann Neurol,2005,58(1):50-57.

[6]Keir ME,Liang SC,Guleria I,et al.Tissue expression of PD-L1 mediates peripheral T cell tolerance[J].J Exp Med,2006,203(4):883-895.

[7]Ansari MJ,Salama AD,Chitnis T,et al.The programmed death-1 (PD-1) pathway/regulates autoimmune diabetes in nonobese diabetic (NOD) mice[J].J Exp Med,2003,198(1):63-69.

[8]Salama AD,Chitnis T,Imitola J,et al.Critical role of the programmed death-1(PD-1) pathway in regulation of experimental autoimmune encephalomyelitis[J].J Exp Med,2003,198(1):71-78.

[9]Carter LL,Leach MW,Azoitei ML,et al.PD-1/PD-L1,but not PD-1/PD-L2,interactions regulate the severity of experimental autoimmune encephalomyelitis[J].J Neuroimmunol,2007,182(2):124-134.

[10]Ortler S,Leder C,Mittelbronn M,et al.B7-H1 restricts neuroantigen-specific T cell responses and confines inflammatory CNS damage:Implications for the lesion pathogenesis of multiple sclerosis[J].Euro J Immunol,2008,38(6):1734-1744.

[11]Zhu B,Guleria I,Khosroshahi A,et al.Differential role of programmed death-ligand 1 [corrected] and programmed death-ligand 2 [corrected] in regulating the susceptibility and chronic progression of experimental autoimmune encephalomyelitis[J].J Immunol,2006,176(6):3480-3489.

[12]Viglietta V,Baecherallan C,Weiner HL,et al.Loss of functional suppression by CD4+CD25+regulatory T cells in patients with multiple sclerosis[J].J Exp Med,2004,199(199):971-979.

[13]Francisco L,Salinas V,Brown K,et al.PD-L1 regulates the development,maintenance,and function of induced regulatory T cells[J].Clinic Immunol,2011,206(1):3015-3029.

[14]Karni A,Abraham M,Monsonego A,et al.Innate immunity in multiple sclerosis: myeloid dendritic cells in secondary progressive multiple sclerosis are activated and drive a proinflammatory immune response[J].J Immunol,2006,177(6):4196-4202.

[15]Gordon JR,Ma Y,Churchman L,et al.Regulatory dendritic cells for immunotherapy in immunologic diseases[J].Front Immunol,2014,5:7.

[16]Yogev N,Frommer F,Lukas D,et al.Dendritic cells ameliorate autoimmunity in the CNS by controlling the homeostasis of PD-1 receptor+,regulatory T cells[J].Immunity,2012,37(2):264-275.

[17]Kuipers H,Muskens F,Willart M,et al.Contribution of the PD-1 ligands/PD-1 signaling pathway to dendritic cell-mediated CD4+,T cell activation[J].Euro J Immunol,2006,36(9):2472-2782.

[18]Hatam LJ,Devoti JA,Rosenthal DW,et al.Immune suppression in premalignant respiratory papillomas:Enriched functional CD4+foxp3+regulatory T cells and pd-1/pd-l1/l2 expression[J].Clinic Cancer Res,2012,18(7):1925-1935.

[19]D'Addio F,Riella LV,Mfarrej BG,et al.The link between the PDL1 costimulatory pathway and Th17 in fetomaternal tolerance[J].J Immunol,2011,187(9):4530-4541.

[20]Rui Y,Honjo T,Chikuma S.Programmed cell death 1 inhibits inflammatory helper T-cell development through controlling the innate immune response[J].Proceed Nation Acade Sci USA,2013,110(40):16073-16078.

[21]Olsson T.Critical influences of the cytokine orchestration on the outcome of myelin antigen-specific T-cell autoimmunity in experimental autoimmune encephalomyelitis and multiple sclerosis[J].Immunol Rev,1995,144(1):245-268.

[22]Acostarodriguez EV,Napolitani G,Lanzavecchia A,et al.Interleukins 1beta and 6 but not transforming growth factor-beta are essential for the differentiation of interleukin 17-producing human T helper cells[J].Nat Immunol,2007,8(9):942-949.

[23]El-Behi M,Ciric B,Dai H,et al.The encephalitogenicity of T(H)17 cells is dependent on IL-1- and IL-23-induced production of the cytokine GM-CSF[J].Nat Immunol,2011,12(6):568-575.

1003-2754(2016)08-0758-03

R744.5+1

2016-06-02；

2016-08-03

國家自然科學基金青年基金(No.81301021)；省科技廳國際合作項目(No.20150414011GH)；省科技廳青年基金項目(No.20130522025JH)；吉林大學白求恩培育計劃(No.2015-03005)

(吉林大學白求恩第一醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，吉林 長春 130021)

金濤，E-mail：drtao.jin@hotmail.com