CD137/CD137L共刺激信號在自身免疫和腫瘤免疫中的應用研究進展

李雙雙 綜述，劉 堅，石綺屏 審校

(暨南大學附屬第一醫院，廣東 廣州 510000)

免疫應答是免疫細胞特異性識別抗原后，經活化、增生、分化等，進而表現出一定生物學效應的全過程，其中一個重要的過程是T淋巴細胞的活化。在這個應答過程中，T細胞的活化并不是由單一信號激活的，而是由雙信號共刺激完成，即T細胞的活化除了需要T細胞受體(TCR)識別主要組織相容性復合體Ⅰ/Ⅱ類分子和抗原肽的復合物外，還需要第二信號，由T細胞和抗原提呈細胞(APCs)表面的共刺激分子相互作用產生，以實現抗原依賴性T細胞活化、增殖，增強抗腫瘤免疫能力。共刺激分子的活化狀態直接決定了T細胞的狀態[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及其配體的表達與特性

CD137(4-1BB，TNFRSF9)廣泛表達于人體免疫細胞或非免疫細胞中，起傳遞活化、增殖或凋亡信號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，主要表達于APCs表面，如巨噬細胞、樹突狀細胞、B細胞。T細胞表面抗原CD137與APCs表面特異性配體CD137L結合后，以獨立于CD28的方式刺激2個相互作用的細胞，主要誘導T細胞和APCs的活化、增殖和成熟，促進細胞因子的分泌。CD137不僅優先激活CD8+T細胞，防止CD8+T細胞活化誘導的細胞死亡(AICD)，而且選擇性誘導輔助性T細胞1(Th1)型細胞因子分泌，如干擾素-γ(IFN-γ)和腫瘤壞死因子-α(TNF-α)。CD137表達水平受TCR抗原表位親和力差異的影響，刺激的強度和(或)類型也可能影響APCs上CD137L的表達[2]。然而，CD137/CD137L之間傳導的信號也可能抑制T細胞效應，限制T細胞增殖和分化，抑制白細胞介素(IL)-2的產生。因為當T細胞表面不表達CD137時，T細胞和髓系細胞會出現過度增殖情況。這或許是因為CD137本身傳遞的信號導致樹突狀細胞產生某種調節分子，也可能由于CD137L向T細胞發出抑制性信號[3]。目前還沒有文獻報道CD137/CD137L之間抑制性信號的產生機制。

可溶性CD137(sCD137)是CD137沒有協同刺激活性的可溶性形式。人類sCD137通過差異剪接產生，可能作為負調節劑依賴CD137L拮抗CD137的共刺激活性以抑制效應T細胞增殖。在缺氧和自身免疫性疾病中，如惡性腫瘤、類風濕性關節炎和強制性脊柱炎等患者血清sCD137水平會升高[4]。

2 CD137與疾病的關系

2.1CD137對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，機體免疫系統失調而對自身抗原發生免疫應答并破壞組織臟器的疾病。如果沒有共刺激信號，已識別抗原的T細胞將長期保持未激活狀態，造成免疫耐受，甚至引起細胞凋亡。如果刺激過強，則引起自身反應性細胞活性增強，導致自身免疫性疾病。CD137/CD137L共刺激信號是1型細胞介導免疫反應的主要驅動因素之一，涉及多種自身免疫疾病，常見的包括系統性紅斑狼瘡(SLE)、類風濕關節炎(RA)、1型糖尿病(T1D)、強直性脊柱炎、甲狀腺自身免疫病等。

SLE與自身反應性B細胞的過度激活，誘導漿細胞產生大量自身抗體有關，并與自身抗原和補體形成免疫復合物，導致由自身抗體和補體介導的組織損傷和炎性反應。謝長好等[5]通過分析30例SLE患者外周血T細胞，發現共刺激分子CD137表達水平高于對照組，且與24 h尿蛋白定量、SLE病情活動指數呈正相關，提示CD137表達水平上調使自身反應性T細胞持續異常活化，可能參與SLE腎臟病變及其他炎性反應，阻斷CD137共刺激信號傳導可能會緩解SLE病情進展。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動物模型。阻斷CD137/CD137L共刺激信號后，MRL-Faslpr小鼠脾臟CD4+T細胞和雙陰性T細胞(DNTC)數量會增加，其過度活躍在一定程度上與疾病進展和病死率提高有關。有研究發現，B淋巴細胞增殖功能增強，自身抗體滴度增高，免疫復合物沉積加重，表現出更嚴重的脾腫大、淋巴結腫大、皮膚損傷和腎臟病變，并且早期病死率高于對照組(80%vs.40%)[6]。CD137L缺乏的B6.lpr小鼠模型證實了切斷CD137共刺激信號通路會加重SLE疾病進展這一觀點，但SLE相關性腦損傷和神經功能受損會減輕，Th17細胞群的比例明顯增加，Th1細胞群呈下降趨勢[7]。WONG等[8]研究指出，CD137L缺失會促使機體發生從Th1向Th2或Th17的免疫偏離。在使用激動性抗CD137單克隆抗體(anti-CD137 mAbs)治療的B6.lpr小鼠中，總CD4+T細胞數減少，而總CD8+T細胞數增加，IFN增加，自身反應性B細胞和DNTC減少，生存期延長，利于腎臟病變逆轉及預防狼瘡性皮膚炎癥，表明刺激CD137能夠抑制狼瘡易感小鼠的疾病進展，其中自身反應性B細胞減少的原因可能是增加的IFN依賴巨噬細胞促進B細胞凋亡[9]。與對照組相比，體內帶有CD137共刺激基序的嵌合抗原受體-T細胞的MRL-Faslpr小鼠脾腫大消退，抗體和蛋白尿水平降低，腎臟淋巴細胞浸潤和新月體沉積減少，顆粒免疫復合物減少或缺失，壽命延長，總體存活率高于對照組[10]。上述研究表明，激活CD137信號途徑有利于延緩SLE進展，可作為新的治療靶點用于降低自身反應性淋巴細胞水平和阻止自身免疫疾病進展。

T1D是一種免疫功能紊亂導致胰腺β細胞破壞、胰島素分泌絕對缺乏，從而引起高血糖和酮癥酸中毒的自身免疫性疾病。有研究發現，一個與T1D易感性相關的染色體區域編碼CD137，表明CD137與T1D易感性之間存在一定聯系[11]。CD137可根據表達的位置抑制或促進T1D的發生和發展，即CD4+T細胞中CD137的表達抑制非肥胖糖尿病(NOD)小鼠T1D進展，但其在CD8+T細胞中的表達至關重要，通過增強β細胞-自身反應性CD8+T細胞功能促進疾病發展，并且CD137缺乏可導致浸潤胰島的CD8+T細胞比例減少[12]。sCD137通過與活化T細胞上的CD137L競爭性結合以抑制T細胞活化功能。在體內，CD137+調節性T細胞對抑制T1D起重要作用，而CD137-調節性T細胞抑制T1D的活性受損可能是其不能產生sCD137[13]。與野生型NOD小鼠相比，NOD.TNFSF9-/-小鼠β細胞-自身反應性CD8+T細胞減少，T1D發病率顯著降低，發病時間延遲[14]。

RA是一種以滑膜增生、炎癥細胞募集、關節內纖維蛋白沉積為特征的慢性炎癥性疾病，最終導致軟骨和骨破壞。張榕等[15]通過檢測30例RA患者外周血發現，RA以CD4+T細胞功能亢進為主，且T細胞CD137表達水平顯著高于對照組，代表Th1分泌的細胞因子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細胞向Th1細胞產生免疫偏離，參與RA的關節炎癥和免疫損傷。激動性anti-CD137 mAbs可抑制CD4+T細胞反應，誘導CD11c+CD8+T細胞擴增、抑制IL-1β、TNF-α、IL-6產生和清除血清抗Ⅱ型膠原(CⅡ)抗體，從而減輕CⅡ誘導的關節炎反應[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口干、眼干為特征的慢性炎性自身免疫病。對7周齡的NOD小鼠腹腔注射激動性anti-CD137 mAbs，可發現經激動性抗體處理的NOD小鼠唾液流速高于對照組，唾液腺炎癥發生率降低，阻止NOD小鼠SS樣涎腺炎的發生[17]。多發性硬化(MS)是一種以脫髓鞘、巨噬細胞和小膠質細胞激活和膠質增生為特征的神經退行性自身免疫性疾病。用激動性anti-CD137 mAbs治療實驗性自身免疫性腦脊髓炎(EAE)小鼠可抑制致病性IL-17產生并降低疾病的發生率和嚴重程度[18]。WONG等[19]研究發現，MS患者腦組織中存在CD137+細胞，且主要出現在脫髓鞘的活躍炎癥部位，在活動病變期間表達顯著增高，表明CD137+細胞參與疾病炎癥過程，并且MS患者鞘內sCD137釋放增加。

目前，關于CD137在風濕性疾病中作用的相關數據較少。但不可否認的是，CD137參與了多種自身免疫性疾病的免疫病理損傷，并且發揮的作用各不相同，這與疾病所損傷的靶器官及患者的免疫狀態等有著密切關系，并且激動性anti-CD137 mAbs可能成為多種自身免疫疾病的候選治療藥物。

2.2CD137對腫瘤疾病的影響 CD137信號通路與抗腫瘤免疫之間具有密切關系，其作為免疫刺激劑，不僅影響T細胞、B細胞和NK細胞等的活化和增殖，并且通過其介導的細胞活性調節腫瘤微環境，影響免疫治療。通過抑制健康供體外周血單核細胞CD137信號傳遞，T細胞增殖反應性降低，分化功能受阻，T細胞免疫功能失調并且易發生EB病毒相關性淋巴瘤[20]?？梢?，CD137缺陷是惡性轉化的易感因素。與CD4+T細胞相比，CD137主要促進CD8+T細胞增殖、存活和細胞毒性，促進記憶性CD8+T細胞的廣泛形成，同時促使CD8+T向腫瘤內浸潤并誘導抗腫瘤的免疫微環境重塑。CD137雖然優先表達于CD8+T細胞上，但在缺乏CD8+T細胞的情況下，CD137信號可將CD4+Foxp3+調節性T細胞重新編程為具有細胞毒性的CD4+T細胞，并誘導產生IFN-γ，恢復抗腫瘤免疫效應[21]。CD137在調節性T細胞中的作用仍需進一步研究，尤其是在人類機體中，因為數據表明CD137可增強或減弱調節性T細胞激活[22]。一項用anti-CD137 mAbs治療病毒感染小鼠的研究顯示，激活的CD137信號使淋巴濾泡結構改變和生發中心B細胞擴散，從而導致B細胞數量減少，減弱產生抗體的能力，進而抑制了抗原特異性抗體反應[23]。WONG等[8]研究發現，anti-CD137 mAbs使B細胞數量減少的原因可能是抑制了生發中心的CD137+濾泡樹突狀細胞和CD137L+B細胞之間的相互作用。自然殺傷(NK)細胞介導的抗體依賴性細胞介導的細胞毒性(ADCC)在抗腫瘤效應中的作用日益受到重視，可用于治療過度表達特異抗原的各種癌癥，如乳腺癌、B細胞淋巴瘤、神經母細胞瘤等。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細胞從而增強ADCC效應，又可以促進單克隆抗體治療誘導的抗原特異性T細胞增殖和細胞毒性，使先天性免疫反應和適應性免疫反應緊密結合，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生M1型和M2型巨噬細胞后發現，激活單核細胞/巨噬細胞上的CD137可觸發其重新編程功能，使腫瘤微環境中的M1/m2平衡向代謝更活躍，具有更大抗腫瘤潛能的M1樣表型轉變[25]。然而，anti-CD137 mAbs免疫療法并非完全沒有不良反應，如部分患者可出現肝臟毒性[26]。

共刺激受體CD137的表達、功能和治療潛力方面不僅在基礎研究中取得了重大進展，而且正在進行的臨床試驗也預示著CD137作為重要免疫治療靶點發揮最大臨床療效的可行性。目前，有研究集中于anti-CD137 mAbs與免疫檢查點抑制劑或靶向藥物等的組合治療，如聯合anti-CD137 mAbs與程序性細胞死亡蛋白-1(PD-1)受體抑制劑或細胞毒性T淋巴細胞相關抗原-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，二者結合產生強有力的協同效應，增加T細胞存活率和效應功能[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的聯合治療可能比單獨使用PD-1抑制劑或與CTLA-4抑制劑聯合治療更能增強人類黑色素瘤的放療效果[28]。KOCAK等[29]研究顯示，與觀察到的協同治療活性相比，將anti-CD137 mAbs與CTLA-4抑制劑聯合治療腫瘤，有可能改善單用anti-CD137 mAbs引起的肝臟毒性，因為CTLA-4抑制劑減少了anti-CD137 mAbs誘導的T細胞滲入肝臟。曲妥珠單抗是以人類表皮生長因子受體2(HER2)為靶點的人源化單克隆抗體，主要適用于HER2陽性乳腺癌女性，其抗癌機制之一是增強NK細胞介導的ADCC效應。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細胞上相應的Fcγ受體相互作用激活周圍的NK細胞，從而上調共刺激受體CD137的表達；隨后給予anti-CD137 mAbs促進活化的NK細胞釋放細胞毒性顆粒，增強ADCC效應，從而有效地殺死乳腺癌細胞。這種先靶向腫瘤后靶向機體免疫系統的順序抗體治療策略可能為增強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激活相結合的方法除了可改善表達HER2的腫瘤治療效果外，還可應用于利妥昔單抗(一種抗CD20單克隆抗體)治療表達CD20的淋巴瘤和西妥昔單抗[一種靶向表皮生長因子受體(EGFR)的IgG1單克隆抗體]治療表達EGFR的頭頸部、結直腸腫瘤中[31-32]。未來需要進一步進行臨床調查和研究，以確定這一創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，并且與其他藥物聯合使用時能發揮協同作用，進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。然而，CD137的廣泛表達使脫靶效應成為一種潛在的風險，因此必須謹慎地進行早期試驗，進一步優化CD137介導的抗腫瘤方案，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癥，提高臨床有效性和安全性，進一步改善腫瘤患者預后。

3 小 結

目前，越來越多的研究投入到CD137/CD137L信號通路中，對其機制、生物學特性也有了更為全面、深刻的了解。對于許多傳統手段治療效果不佳的疾病，CD137/CD137L信號通路為臨床提供了廣闊的應用前景。我們有理由相信，隨著免疫學、分子生物學及現代醫學的不斷發展，CD137/CD137L信號通路一定會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。