Tim-3 信号免疫调节作用研究进展①

王松存 李大金 杜美蓉

(复旦大学附属妇产科医院研究所，上海市女性生殖内分泌相关疾病重点实验室，上海 200011)

T 淋巴细胞免疫球蛋白黏蛋白(T cell immunoglobulin mucin，TIM)是2002 年Monney 等［1］在研究哮喘易感基因的过程中，在小鼠第11 号染色体上发现并鉴定的一个新基因家族，其在人类和鼠类均有证实，其中人类的TIM 基因家族由3 个成员组成即TIM-1、TIM-3 和TIM-4，位于5 号染色体5q33.2上。TIM 基因编码的蛋白均为一类具有共同基序的Ⅰ型跨膜糖蛋白，其基本结构由五种组分构成，包括一个信号肽、特征性的免疫球蛋白Ⅴ区(IgV)结构域、黏蛋白样区、跨膜区和含有磷酸化位点的胞内尾巴区［2］。如它们的名字所示，Tim 分子最初被认为特异表达在T 细胞表面，直接调节T 细胞反应［3-5］。近来发现Tim 分子在免疫细胞上广泛表达，参与调节多种T 细胞包括调节性T 细胞(regulatory T cell，Treg)的分化，在免疫自稳与凋亡细胞的清除过程中发挥重要作用［5，6］。

Tim-3 高表达于辅助性T 细胞1(T help 1，Th1)和细胞毒性T 细胞(cytotoxic T cell，Tc1)上，并产生抑制信号从而导致Th1 和Tc1 细胞的凋亡，Tim-3还表达于部分DC 细胞，并可介导对凋亡细胞的吞噬和抗原的交叉提呈［6］;半乳糖凝集素-9(Galectin-9，Gal-9)是Tim-3 的天然配体，可与Th1 细胞上的Tim-3 分子特异性结合，给T 细胞提供一种负性共刺激信号，引发Th1 细胞程序性死亡［2］，因此Tim-3被认为是一种负性免疫调节分子，可下调Th1 型免疫反应。近来研究表明，除了Th1 和Tc1 细胞外，Tim-3 对其他类型免疫细胞也具有调节作用，而且Tim-3 可促进对病原菌的清除，在一些自身免疫性疾病和肿瘤的发生和发展中发挥着重要的作用［7，9］，其免疫调节功能正引起越来越多学者的密切关注。

1 Tim-3 在自身免疫性疾病中的调节作用

实验性变应性脑脊髓膜炎(EAE)是研究人类多发性硬化症(MS)的动物模型，也是研究自身免疫性疾病运用最多的动物疾病模型，是一种由CD4+T(Th1 与Th17)和CD8+T 细胞异常活化引起的神经系统的自身免疫性疾病。体内抑制Tim-3/Gal-9 信号后，EAE 恶化［8］;而使用Gal-9 可以选择性地清除抗原特异性Th1 细胞，加速Th17 细胞的凋亡，降低其产生IL-17 的能力，减缓疾病的发展;同时临床积极治疗MS 后，症状缓解的同时伴随有Tim-3 表达及其功能的上调，提示Tim-3 可作为MS 治疗的一个临床靶标［3，9］。新近研究表明在EAE 模型中，Tim-3 不仅在T 细胞上表达，还广泛存在于神经系统的DC 细胞、小胶质细胞，但Th17 细胞并不高表达Tim-3，体内抑制Tim-3/Gal-9 信号后，Th1 和Th17 细胞比例改变从而EAE 的炎症反应类型发生变化;然而，阻断由CD8+T 细胞的Tim-3 信号加重EAE;但存在于DC 细胞和小胶质细胞上的Tim-3 信号对于EAE 或其他MS 动物模型的疾病发展影响不大［10］，因此，Tim-3 信号对于EAE 的影响还取决于其表达的效应细胞类型。

有研究报道干扰Tim-3/Gal-9 信号后，Ⅰ型糖尿病恶化［8］;长时间给予Gal-9 可预防NOD 小鼠发生Ⅰ型糖尿病，激活Tim-3 信号后，可抑制胰腺局部TNF-α 的产生及DC 细胞的活化，从而减轻Ⅰ型糖尿病的病理损伤［11］。亦有研究显示应用anti-Tim-3后，肠道局部免疫细胞协同共刺激分子数量增加、类型改变，Treg 比例减少，从而加重由三硝基苯磺酸引起的炎症性肠病［12］。而在自身免疫性肝炎(AIH)患者Tim-3+细胞减少，增殖能力减弱，而Gal-9+Treg 中Foxp3、IL-10、TGF-β 减少，相应的IFN-γ 和IL-17 增加，因此Tim-3 信号在AIH 的发生发展中也起重要作用［13］。在由肝脏自然杀伤T(NKT)细胞引起的非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)中，Tim-3/Gal-9 信号对于维持肝脏局部NKT 的稳定及活化引起的凋亡至关重要，参与了NAFLD 的病理过程［14］。这些都说明了Tim-3 信号在自身免疫性疾病中的重要调节作用，并有望为自身免疫性疾病的治疗提出新的靶点。

2 Tim-3 在病原体感染中的免疫调节作用

在急性感染中，Tim-3 主要表达在可产生IFN-γ的CD4+T 和CD8+T 细胞中，识别Gal-9 后，Tim-3+T 细胞凋亡;在慢性感染中，Tim-3 通常与B7 家族分子PD-1(Programmed death-1)共表达在CD8+T 细胞上，并可介导T 细胞的耗竭与无能［8］。如在HIV 感染中，Tim-3 表达在50%的CD8+T 细胞上而健康个体仅为28%，Tim-3 的高表达与病毒负荷量成正比，但与CD4+T 细胞的数量相反。病毒特异性CD8+T细胞高表达Tim-3，且Tim-3+CD8+T 细胞增殖及产生炎性效应性细胞因子的能力明显较Tim-3-CD8+T 细胞低［15］。但最新的研究表明，HIV 感染患者中，Tim-3/Gal-9 信号可减少CD4+T 细胞表面CXCR4 和CCR5 的表达，增加p21 的表达从而使CD4+T 细胞对于HIV 的易感性降低，进而减少HIV 的感染［16］。在慢性HCV 感染中，肝局部巨噬细胞(Mφ)Tim-3 表达增高，Tim-3+Mφ 产生的IL-23 增加而IL-12 减少，进而影响Th17 细胞的分化，对疾病产生影响［17］;同时HCV 感染中CD8+T 细胞大部分为Tim-3/PD-1 双阳性，这种CD8+T 细胞产生IFN-γ 等杀伤性细胞因子的能力明显降低，同时运用anti-Tim-3 和anti-PD-1 后，CD8+T 细胞的增殖能力得到恢复，细胞毒性增强［18］。敲除Gal-9 基因或用融合蛋白抑制Tim-3/Gal-9 信号后，小鼠对于单纯疱疹病毒(HSV)的免疫反应明显增强，Treg 活性减低，有效控制HSV 的感染［19］。

但在结核杆菌(Mtb)的感染研究中却出现了相反的结果，Tim-3+CD4+T 和Tim-3+CD8+T 较Tim-3-细胞有更强的产生Th1/Th22 型细胞因子的能力，并且更利于清除Mφ 中的Mtb，干扰Tim-3 信号后杀伤性细胞因子产生能力下降;研究显示，Mtb感染时Tim-3+T 细胞为效应性记忆性表型，这不同于其他慢性病毒感染中的中枢记忆性表型，并且高表达另一种记忆表型CD127，即为CD127+CCR7-CD62L-CD27-，更倾向于产生抗微生物的细胞因子和毒性分子［20］，这也解释了为什么两种Tim-3+T 呈现出了完全不同的免疫效应。这说明Tim-3 不再单纯是一种负性免疫调节分子，其免疫调节作用是多样化的，取决于其免疫表型及其所处的免疫微环境。

3 Tim-3 在肿瘤中的免疫调节作用

在临床前期实验中IL-12 可诱导NK 和T 细胞产生IFN-γ 从而一度成为抗肿瘤的理想药物，但在临床实验中患者对于IL-12 的反应性并不理想，经研究发现IL-12 可诱导T 细胞高表达Tim-3 从而引起T 细胞耗竭，进而导致肿瘤发展［21］。在乙型肝炎病毒相关的肝细胞癌(HCC)中，肿瘤局部Kupffer细胞、DC 细胞等抗原提成细胞上Gal-9 表达增加，同时CD4+T 和CD8+T 上Tim-3 表达增加，阻断Tim-3/Gal-9 信号后，Tim-3+T 细胞增殖能力和产生杀伤性细胞因子的能力增强;而Tim-3+细胞的数量则与HCC 的预后成负相关［22］。

肿瘤浸润CD8+T 细胞绝大部分共表达Tim-3/PD-1，具有这种表型的T 细胞基本无能，他们不能增殖也不能分泌IL-2、TNF-α、IFN-γ，阻断Tim-3 和PD-1 信号，可有效控制肿瘤的生长［23，24］;同时Tim3在肿瘤浸润的DC 细胞上高表达，通过与HMGB1 相互作用减少肿瘤死亡细胞的核酸进入到DC 细胞中，从而抑制核酸引起的抗肿瘤免疫反应［25］。在急性髓性白血病中，大部分的淋巴干细胞为Tim-3+，运用Tim-3 抗体后可有效抑制淋巴干细胞的再生，补体依赖性和抗体依赖性的毒性反应也得到增强，且不影响正常的造血干细胞［26］。亦有研究报道在动物模型中，阻断Tim-3 信号同时激活CD137(一种系统共刺激分子，T 细胞激活后产生，可促进T 细胞的增殖)信号后，卵巢癌局部CD4+T 和CD8+T 数量增加，杀伤性细胞因子IFN-γ 增多，而Treg 和髓系来源的抑制细胞减少，进而增强抗肿瘤免疫［27］。由此推断，Tim-3 的存在不利于机体的抗肿瘤免疫，阻断Tim-3 信号或联合处理其他协同共刺激信号，可有效抑制肿瘤的生长。

4 Tim-3 在器官移植中的免疫调节作用

在骨髓和心脏移植嵌合体模型中，CD8+T 细胞上的Tim-3 表达明显增高，CD8+T 细胞毒性减低，从而维持移植免疫耐受状态［28］。在免疫系统未被激活状态下Gal-9 主要表达于Th0 和Treg 细胞;一旦激活，CD4+T 细胞上的Gal-9 下调，但Treg 上的Gal-9 仍持续表达［2］。在同种异体移植模型中，Tim-3/Gal-9 信号促进Treg 的分化，抑制移植物排斥［29］，可以认为:Treg 上Gal-9 的持续表达可使Treg 通过Tim-3/Tim-3L 通路起到间接抑制作用，从而维持耐受状态。而Tim-3+Treg 对于异体移植同样重要，Tim-3+Treg 通常也表达PD-1，这群细胞的抑制功能更强，能产生更多的免疫抑制性分子如CD25、CD39、CD73、CTLA-4、TGF-β，并在发生移植物排斥时短暂地迅速升高，从而有效抑制移植物排斥［30］。在急性移植物抗宿主病中(GVHD)中，活化的T 细胞上Tim-3 表达增高，干扰Tim-3/Gal-9 信号后，T细胞大量增殖，GVHD 恶化;而激活Tim-3/Gal-9 信号，延缓了GVHD 的致死性［31］;但在供者Treg 不存在的情况下，干扰Tim-3/Gal-9 信号反而抑制了GVHD，若供者T 细胞为CD25-Tim-3-/-，则IFN-γ 增多，GVHD 恶化，因此，在GVHD 中Tim-3/Gal-9 信号的作用还依赖于供者Treg［32］。

5 Tim-3 在母胎界面的免疫调节作用

妊娠期母体不但对胚胎抗原产生特异性免疫耐受，对外来病原微生物的系统性免疫防御能力仍然存在。长期以来，人们对这一复杂的生命现象缺乏深刻的理解。Tim-3 在妊娠期先天性免疫防御与系统免疫应答中均发挥关键的调节作用。据报道，妊娠期外周血单核细胞Tim-3 表达显著上调，提示Tim-3 信号可能参与妊娠期母体的先天性与适应性免疫的调节过程。在孕期阻断Tim-3 信号可导致促炎性粒细胞及细胞因子等在母胎界面增多，且抑制了Mφ 的吞噬能力进而在母胎界面凋亡体增多引起免疫反应增强，不利于妊娠的维持［33］;但在孕期阻滞了外周Tim-3 信号，可抑制T 细胞的增殖，减少IFN-γ 的分泌，降低抗原刺激后效应细胞表面的协同共刺激分子的表达，且妊娠时外周Tim-3 的表达明显高于非孕期，临床数据显示Tim-3 的异常表达与晚期流产有关，可以认为孕期高表达的Tim-3 增强了孕妇的固有免疫功能，从而增加抗感染能力［34］。本课题组初步研究亦表明，流产组绒毛与蜕膜Tim-3 的表达明显低于正常妊娠组，提示Tim-3在母胎界面的表达可能在正常妊娠的维持过程中发挥重要的免疫调节作用。但目前关于Tim-3 在母胎界面的表达及对母胎耐受的诱导和调节作用几无报道，这一领域仍待深入研究。

6 结语

Tim-3 信号对于T 细胞免疫反应的调节作用已得到广泛研究，其信号的激活可下调Th1/Th17 型免疫反应，促进Treg 的分化，增强Treg 的抑制作用，对凋亡细胞的清除可引起强大的抗炎和免疫抑制效应，提示Tim-3 在免疫耐受的形成和维持中有重要作用。Tim-3 表达在不同类型、不同分化阶段的细胞上，参与调控T 细胞、抗原提成细胞的激活、分化、增殖及凋亡，提示了Tim-3 免疫调节作用的多样性，但其对固有免疫、适应性免疫的调节、免疫耐受的形成和维持的具体机制还有待进一步研究;引起Tim-3 高表达的转录因子，其下游的信号通路也需进一步鉴别;Tim-3 分子是否利于母-胎界面Th2 型免疫优势和Treg 扩增，是否参与调控母-胎免疫耐受，是否能成为自身免疫性疾病、慢性感染性疾病、反复自然流产、肿瘤和器官移植的治疗靶点?这一系列问题都亟待解决。

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