PD-1/PD-L1在系統性紅斑狼瘡和類風濕關節炎中的研究現狀與展望①

陳小群 陸 興 廖淑珍 招春飛 綜述 劉華鋒 潘慶軍 審校

(湛江市慢性腎臟病防控重點實驗室，廣東醫科大學附屬醫院腎臟病研究所，湛江 524001)

自身免疫性疾病(autoimmune diseases,AD)是一類可引起機體組織損傷和功能障礙的免疫應答紊亂疾病，目前其防治策略有限且治療效果欠佳。已知AD有80余種，全球發病率約5.0%[1]，以系統性紅斑狼瘡(systemic lupus erythematosus,SLE)與類風濕關節炎(rheumatoid arthritis,RA)較常見。目前，AD的發病機制尚未完全闡明，主要因免疫穩態和自身耐受破壞而引起自身免疫，導致自身反應性T細胞和自身抗體介導的自身器官和組織的損傷[1,2]。

近年發現程序性死亡蛋白1(programmed death 1,PD-1)和程序性死亡蛋白配體1(programmed death ligand 1,PD-L1)通過相互作用，可負性調控T細胞的活化，對維持自身免疫耐受、防止過度免疫應答、防止自身免疫發生及減小免疫應答組織損傷，發揮重要作用[3]。同時，腫瘤免疫治療阻斷PD-1與PD-L1結合，除激活免疫細胞攻擊癌細胞外，同時也釋放自身反應性T細胞的潛力，從而導致炎癥和自身免疫疾病，表現為RA和風濕性多肌痛等相關不良事件[4]。由此可見，PD-1/PD-L1可能在自身免疫性疾病的發病中起重要作用，深入探討其與SLE和RA等自身免疫性疾病的關系，有望為SLE和RA的防控提供新的策略。

1 PD-1/PD-L1的結構與表達

PD-1和PD-L1是多種細胞表面表達的免疫抑制分子，均屬于B7/CD28免疫球蛋白超家族的Ⅰ型跨膜糖蛋白[5-7]。PD-1結構包括N末端免疫球蛋白樣可變(immunoglobulin-like variable,IgV)結構域、跨膜結構域和細胞質結構域[8]；PD-L1結構包括Ig V樣結構域、免疫球蛋白樣恒定(immunoglobulin-like constant,IgC)結構域、疏水跨膜結構域和細胞質尾區[9,10]。值得注意的是，PD-1的細胞質結構域包含兩個酪氨酸信號基序：免疫受體酪氨酸抑制基序(immunotyrosine inhibitory motif,ITIM)和免疫受體酪氨酸轉換基序(immunotyrosine switch motif,ITSM)[7,11,12]。其中，ITSM是PD-1/PD-L1發揮作用“開關”的啟動分子，對PD-1介導的信號傳導起關鍵作用。

PD-1主要在成熟活化的T細胞和B細胞中表達，同時也在胸腺中的雙陰性αβ和γδ T細胞以及外周血的自然殺傷細胞(natural killer,NK)、單核細胞、一部分樹突狀細胞(dendritic cells,DCs)、自然殺傷T細胞(natural killer T cells,NKT)和骨髓細胞上誘導性表達[7,13-17]。PD-1的功能和表達主要受T細胞受體(T cell receptor,TCR)和主要組織相容性復合物(major histocompatibility complex,MHC)的相互作用、CD28共刺激信號的強度與持續時間、抗原或炎癥刺激和細胞因子等因素的影響[7,18-23]。其中，細胞因子在PD-1表達中扮演重要角色。

PD-L1表達廣泛，在外周淋巴造血細胞和非淋巴組織細胞上組成性表達[10,13,24,25]。PD-L1在正常免疫期間組成性表達，在抗原刺激或組織損傷時，炎癥細胞因子(IFN-γ、TNF-α、IL-2、IL-4、IL-7、IL-10、IL-15、IL-21)和血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)、脂多糖(LPS)、粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子(granulocyte-macrophage colony stimulating factor,GM-CSF)等均誘導PD-L1表達，它們是PD-L1表達的有效誘導劑，可上調不同細胞PD-L1表達[7,17,21,26-31](表1)。

PD-1與PD-L1主要在免疫細胞上表達，在急慢性感染、自身免疫性疾病與癌癥等疾病中發揮重要作用。與此同時，PD-L1在非淋巴組織中有表達,說明 PD-L1在調節外周自身免疫方面也發揮獨特作用，與PD-1相互作用可確定炎癥部位的免疫應答程度。

2 PD-1/PD-L1與自身免疫

PD-1/PD-L1通過多種方式維持免疫系統的平衡和防止自身免疫的發生，已在幾種實驗動物模型中證實，包括SLE、RA和I型糖尿病(type 1 diabetes,T1D)等[23]。PD-1/PD-L1途徑在維持外周耐受、抑制T細胞過度活化、促進調節性T細胞(regulatory T cells,Tregs)的發育和功能有重要作用[30-32]。在生理條件下，PD-1抑制自身反應性T細胞產生，防止過度自身免疫[33]；在刺激狀態下，T細胞活化，PD-1與PD-L1結合并傳導抑制信號參與免疫應答的負調節，維持免疫耐受和調節自身免疫[3,7,12]。在SLE、RA和T1D中，PD-1途徑的調控作用具有一定的抗原特異性[34]；此外，PD-1+細胞浸潤組織，并隨自身免疫疾病的進展滲透逐漸增加[35]。

PD-1和PD-L1均是抑制性分子，具有典型的免疫球蛋白(Ig)樣結構域，負責傳導細胞內結構域的相互作用信號，如抑制T細胞增殖、細胞因子產生等參與免疫調節的信號(圖1)[8,29,36]。PD-1/PD-L1主要通過兩種機制調節免疫：促進淋巴結中抗原特異性T細胞的凋亡和減少Tregs凋亡[7,21]。其信號傳導主要有兩條途徑：PI3K-Akt途徑和RAS-MEK-ERK途徑，其中，PI3K-Akt途徑為關鍵途徑[37,38]。在抗原刺激時，淋巴細胞活化，PD-1與 PD-L1結合并促進ITIM和ITSM磷酸化，募集SRC同源性2結構域蛋白酪氨酸磷酸酶(SRC homology 2-domain-containing protein tyrosine phosphatase,SHP)-1和SHP-2，下游蛋白激酶SYK和PI3K的去磷酸化，抑制下游Akt、ERK等通路的活化，最終抑制T、B細胞存活、增殖、活化及抑制細胞因子的產生，促進細胞凋亡，發揮負向調控T、B細胞活性作用[7,12,27,33,34,39-41]。PD-1/PD-L1抑制T細胞負性調控功能主要取決于ITSM對SHP-2的募集。

總之，PD-1/PD-L1的關鍵功能通過免疫穩態恢復和減輕炎癥反應，在自身免疫性疾病、急慢性感染、腫瘤免疫和移植免疫中具有重要作用。相反地，PD-1信號缺失可能會增強機體對各種感染的免疫應答，甚至會損害宿主免疫力。

表1 不同刺激因素對不同細胞PD-L1表達的影響

Tab.1 Effect of different stimulating factors on PD-L1 expression in different cells

3 PD-1/PD-L1與SLE

SLE是一種具有高度異質性的慢性系統性自身免疫性疾病。其發病過程參與的細胞包括B細胞和CD4+T細胞(如濾泡輔助T細胞，follicular helper T cell,Tfh)等。其中CD4+T細胞促進生發中心的形成、B細胞的成熟和抗體的產生[42]。近幾年，以PD-1/PD-L1為靶點免疫治療腫瘤過程中出現與SLE等自身免疫性疾病相似癥狀的免疫相關不良事件的發生，提示阻斷PD-1/PD-L1可能對SLE的發病及進展有著一定的關聯[43,44]。

已知Toll樣受體(Toll-like receptor,TLR)途徑和Ⅰ型IFN途徑在SLE發病中發揮重要作用[45-48]，TLR誘導NF-κB和STAT1激活，也誘導Ⅰ型IFN產生；同時，Ⅰ型IFN激活STAT1[49]。轉錄因子NF-κB和STAT1均影響PD-1和PD-L1表達，進一步證實了SLE與PD-1/PL-L1相關[50-53]。

圖1 T細胞內PD-1/PD-L1的作用途徑Fig.1 Pathways of PD-1/PD-L1 in T cells

最近，PD-1/PD-L1已被證明是 SLE的負性免疫調節分子[54,55]。有研究發現PD-1缺陷小鼠自發地發展為狼瘡樣增生性關節炎和以IgG3沉積為主的腎小球腎炎[56]。更多的研究報道，參與SLE發病的多種細胞表達PD-1和/或PD-L1，而且其表達水平或細胞比例變化與SLE疾病活動度相關：在SLE患者的外周血中，CD3+T細胞、CD19+B細胞、分泌IgG抗體的B細胞、CXCR3-CD4+T細胞、黏膜相關的恒變T細胞(mucosa-associated invariant T cells,MAIT)、NKT、CD25+CD4+T細胞和CD8+T細胞表達PD-1[57-61]； CD19+B細胞、中性粒細胞、未成熟的DC和CD14+單核細胞表達PD-L1[62-65]。同時，在SLE患者中，上述細胞PD-1/PD-L1的表達水平和細胞比例變化與系統性紅斑狼瘡疾病活動度評分(SLE Disease Activity Index,SLEDAI)相關，即與SLE疾病活動度和嚴重程度相關，可認為PD-1/PD-L1是判斷SLE疾病活動度的生物標志物(表2)。

PD-1/PD-L1是SLE中研究較多的共刺激分子，有研究發現初發的SLE患者血清中抗PD-1的自身抗體顯著升高，并通過阻斷免疫檢查點PD-1的功能加劇T細胞增殖，提示阻斷PD-1可能是促進SLE發展的新因素和新機制[60]。然而最近有文獻報道由PD-1抗體的單鏈可變片段(scFv、αPD-1、 白蛋白結合域(ABD)和銅綠假單胞菌外毒素A(PE)組成的融合蛋白αPD-1-ABD-PE靶向消耗PD-1+細胞[66]，不僅能阻止自身免疫性疾病的進展，還能同時保持正常的適應性免疫，已在自身免疫性糖尿病和實驗性自身免疫性腦脊髓炎麻痹小鼠上證實。類似地，靶向消除或減少PD-1+細胞是否能成為其他自身免疫疾病(如SLE和RA)的治療策略值得探討。

表2 SLE中表達PD-1/PD-L1的細胞類型及其表達情況

Tab.2 Expression of PD-1/PD-L1 in SLE different cell types

Cell typesPD-1/PD-L1 phenotypesExpression in SLESerum-derived B cells expressing IgG antibodiesPD-1Anti-PD-1 antibody increased and positively correlated with SLEDAI scorePBMC-derived CD3+ T cellsPD-1PD-1 expression is increasedPBMC-derived CD4+Tfh cells (CD4 + CXCR5 +)PD-1PD-1+Tfh percentages are positively correlated with SLE-DAI scorePBMC-derived CXCR3-CD4+Tfh cellsPD-1PD-1+CXCR3-CD4+Tfh percentages are positively corre-lated with SLEDAI scoreAnti-CD3/anti-CD28-treated PBMC-derived CD4+CD25hi T cellsPD-1PD-1 expression is decreasedPBMC-derived CD8+ T cells (low expression of IL-7)PD-1PD-1 expression is increased but cell percentages are de-creasedPBMC-derived MAIT and NKTPD-1PD-1 expression is increased but cell percentages are de-creasedPBMC-derived CD19+B cellsPD-1 and PD-L1PD-1 is decreased and associated with the prognosis in SLE patientsPBMC-derived immature DCPD-L1PD-1 expression is decreasedWhole blood-derived neutrophilsPD-L1PD-L1 expression increased and positively correlated with SLEDAI scorePBMC-derived CD14+ monocytesPD-L1CD14+PD-L1+ monocytes percentages are positively corre-lated with SLEDAI score and antibody

綜上，PD-1/PD-L1參與SLE先天性和適應性免疫調節，它們的免疫復雜性嵌入在多細胞信號傳導途徑中，表現為其調節微環境的免疫細胞和實質細胞受體的表達和活化，但具體機制不清楚。PD-1/PD-L1可能參與SLE的發生和發展，與SLE疾病活動度和嚴重程度有關，可認為它們是防治SLE的一個靶點。值得思考的是，阻斷PD-1增加T細胞增殖，同時也可能加劇SLE活動度，但靶向消除或減少PD-1+細胞可改善部分自身免疫性疾病，可認為PD-1+細胞可能是引起SLE和其他自身免疫性疾病的主要效應細胞或者PD-1途徑對SLE和其他自身免疫性疾病有雙向調節作用，但具體機制有待進一步研究。

4 PD-1/PD-L1與RA

RA是一種累及多系統、以慢性炎癥為主的自身免疫性疾病，由大量的炎癥因子驅動，目前其發病機制尚不清楚且無較好的根治方法。免疫應答紊亂及免疫失衡在RA中扮演重要角色，而T細胞、B細胞、NK、DC、肥大細胞、巨噬細胞和血小板的浸潤被認為參與RA特定滑膜組織的損傷，其中，T細胞和B細胞共同作用產生免疫復合物和致病性自身抗體，例如類風濕因子(rheumatoid factor,RF)和抗瓜氨酸抗體[67]。近年，有文獻報道靶向PD-1抗體和CTLA-4抗體的抑制劑會導致或加劇RA[68]，可認為PD-1/PD-L1在RA中有重要作用，靶向阻斷PD-1與PD-L1結合可能是RA的一個致病因素。

已報道RA患者的血清和關節腔滑液均檢測出可溶性PD-1(soluble PD-1,sPD-1)，且sPD-1表達水平與RF滴度呈正相關[69-71]。眾所周知，RF滴度與RA疾病活動有關。有研究發現sPD-1表達在RA進展中起重要作用，可推測sPD-1是否與RA疾病活動度有關[72]。此外，sPD-1參與人和鼠RA外周T細胞應答的調節，部分炎癥因子(如TNF-α、IL-6和IL-1β)可上調sPD-1破壞PD-1的T細胞抑制作用[34,71]。已知PD-1下調可引起自身反應性T細胞異常活化和炎癥因子產生增加，sPD-1可能通過下調PD-1參與RA的發生和發展。所以，sPD-1可能成為判斷RA疾病活動和疾病進展的更為敏感的生物標志物。

滑膜組織和滑膜淋巴細胞PD-1在RA早期表達增加且與RA炎癥等級相關，而PD-L1在RA各階段表達均增加；RA疾病進展期，PD-1抑制性信號傳導下調，歸因于血清sPD-1增加和PD-L1在早期RA中不能與滑膜表達的PD-1相互作用[72,73]。在RA滑膜組織的淋巴細胞中，PD-L1主要在CD4+T細胞和CD8+T細胞上表達[74]。PD-L1+調節性B細胞在RA患者中顯著減少，但在治愈后增加，例如CD19+PD-L1+B細胞、CD24hiCD38 PD-L1+B細胞和CD24hiCD38hiPD-L1+B 細胞[75]。以上所述表明PD-1/PD-L1參與RA免疫失調，而PD-L1+T細胞、PD-L1+B細胞和部分炎癥因子可能為未來的治療策略提供新的思路。

綜上，可認為sPD-1可通過干擾或阻斷PD-1/PD-L1途徑促進或導致RA的發生和發展，sPD-1有望成為RA診斷、治療及預后的生物學標志物。PD-1/PD-L1途徑可能對RA的治療和控制疾病活動有潛在作用，但它們對RA的具體機制尚不明確，上述的靶向消除或減少PD-1+細胞是否也是RA的一個防治策略，需要進一步探究。

5 總結與展望

PD-1/PD-L1是機體免疫系統的強大調節劑，可通過它們抑制活化T細胞的增殖和分化，從而阻止自身免疫性疾病的發生和維持自身免疫耐受，在自身免疫性疾病、急慢性感染、腫瘤免疫和移植免疫中起重要作用。PD-1/PD-L1在RA等自身免疫性疾病中表達下調，可能參與自身反應性淋巴細胞的異?；罨脱装Y因子的產生，甚至自身抗體的產生，在SLE和RA等自身免疫性疾病的發生、發展和防治中起關鍵作用。以PD-1/PD-L1為靶點的免疫治療可緩解自身免疫的炎癥狀態，對抗自身免疫性疾病的進展，有望為自身免疫性疾病的防治提供新的策略。