共刺激分子PD —1和Tim —3在HIV感染中的作用

张媛 马克坚 宋娜丽 贺铮铮 杨玉琪

摘要：PD -1和Tim -3是近期发现的T细胞表面的共刺激分子，分别与其配体PD-I.和Galectin -9结合并传递抑制性的第二信号，在机体细胞免疫调节中发挥作用。研究发现共刺激分子PD -1、Tim -3以及它们的配体在HIV病毒感染中发挥非常重要的作用。本文主要介绍PD -1和Tim -3及其配体的结构与表达、PD -1和Tim -3与HIV感染及其表达水平与HIV感染病程进展的关系，探讨其在艾滋病病情发展中的作用机制和治疗方面的应用前景。

关键词：PD -1；Tim -3；HIV感染

中图分类号：R512. 91

文献标志码：A

文章编号：1007 - 2349（ 2015） 03 - 0073 - 03

在抗病毒免疫中，有效而强大的T细胞免疫应答是清除病毒的关键，而T细胞活化是细胞免疫应答中的一个重要环节。多数情况下，T细胞活化至少需要双重信号的刺激，即除了通过抗原提呈细胞（ Antigen presenting cell APC）递呈主要组织相容性复合体（ Major histocompatibility complex MHC）处理过的抗原给抗原特异性T或B细胞提供第一信号外，还需共刺激分子与相应配体的作用作为第二信号。程序性死亡分子I（ Programmed death -l PD -1）和T细胞免疫球蛋白及黏蛋白结构域分子3（T- cell immunoglobulin domain and mucindonlain molecule -3 Tim -3）是近期发现的T细胞表面的共刺激分子，它们在HIV感染过程中的免疫调节作用备受关注。本文对PD -1和Tim -3及其配体的结构与表达、PD -l和Tim -3与HIV感染及其表达水平与HIV感染病程进展的关系作一综述。1 PD-1和Tim -3及其配体的结构与表达1.1

PD -1及其配体的结构与表达PD -1（也称为CD279或PDCD1），最初是Ishida等[1]于1992年通过消减杂交技术存发生程序性死亡的T细胞上发现，分子量为55kDa，是单体型l型跨膜蛋白，属于CD28/CTLA一4（cytotoxic T - lymphocyte-assoriated protein 4）免疫球蛋白超家族的免疫抑制性受体。人的PD -1基冈位于2q37.3位点，由5个外显子和4个内含子组成，全长9. 6kb，其上游包含663bp的启动子。PD -1分子结构由胞外区、跨膜区和胞内区构成，胞外区的氨基酸序列和CTLA-4有24%的同源性，和CD28具有28%的同源性，其基因主要有7个单核甘酸多态性位点[2]。PD -1可表达于人的T细胞、B细胞、自然杀伤T细胞、树突状细胞以及活化的单核细胞，通常PD -1只在活化的T细胞上表达，而在静止期的T细胞是不表达的。

PD—l有两个配体：PD - Ll（也称B7 - Hl、CD274）和PD- L2（也称B7 - DC、CD273），其基因均位于人的染色体9p24.2位点，大小为42kb。PD - Ll和PD -L2 与B7 -l（即CD80）、B7 -2（即CD86）、ICOSL（inducible co stimulator lig-and）有21%～ 27%的氨基酸序列同源性和结构相似笥，包括IgV样区、IgC样区、疏水跨膜区及一个短的胞浆区尾巴[3]，尽管PD - Ll和PD - L2有高度同源性，但是PD -L1和PD一L2对PD -l有不同的结合力。Youngnak等[4]通过流式细胞术和SPR（ surface plasmon resonance）技术证实PD - 12/PD -1的亲和力是PD - Ll/PD -1亲和力的2～6倍。PD -L1在淋巴组织及非淋巴组织中广泛诱导性表达，参与对淋巴细胞的免疫调节，而PD - L2的表达则仅限于树突状细胞和激活的巨噬细胞。另外，在多种肿瘤细胞表面也发现PD-L1和PD -L2的表达[5-6]。1.2

Tim -3及其配体的结构与表达 Tim家族是McIntire等[7]于2001年研究哮喘易感基因时发现并定位克隆的…个新的基因家族，该基因家族在人和鼠体均存在人类Tim基因家族位于5号染色体上，包括3个成员（ Tim -I .Tim -3、Tim -4）。其中Tim -3是Tims家族中一个重要成员，其结构是由301个氨基酸组成的I型膜蛋白，其胞外部分包括1个寓含半胱氨酸的Ig样区域和一个黏蛋白区域，Ig样区包括4个保守的半胱氨酸，黏蛋白区富含苏氨酸、丝氨酸和脯氨酸，早期研究认为Tim -3选择性地表达在ThJ细胞表面，负调节Thl介导的免疫应答，近年来的研究表明Tim -3广泛地表达于多种免疫细胞，如人类活化的CD4+T细胞、CD8+T细胞[8]，Ga-lectin -9是Tim -3的配体，属于半乳凝素（Galectins）家族Galectins即p-半乳糖苷结合蛋白，广泛表达在人和小鼠的脾脏和淋巴组织中，现有14种亚型，均含特征性的氨基酸序列，由大约130个高度保守的氨基酸序列组成糖识别结构域（ CRD）。Calectin -9南2个串联的CRD通过一条肽链相连，分子量为36 kDa，具有p-半乳糖结合活性。编码Galectin -9的基因位于人类染色体17qll.1位点，包含11个外显子，转录物长度约为1. 7kb。2

PD -1和Tim -3及其配体与HIV感染

特异性T细胞反应在控制病毒的复制、病人的预后起着重要的作用，但HIV感染时常常伴有细胞毒性T细胞（Cyto-toxic T Lymphocyte，CTL）细胞功能的损伤，HIV特异性CTL细胞对病毒抗原不能产生有效应答，呈现无功能的耗竭状态。近年来研究发现PD -1和Tim -3作为抑制性受体在调节T细胞功能耗竭过程中发挥着重要作用，PD - 1/PD - Ll、Tim -3/Galectin -9通路参与了HIV病毒感染中T细胞功能耗竭的调节[9-10]。Day等[11]对未经治疗的HIV感染者研究发现，PD -l在HIV特异CD8+和CD4 +T细胞上的表达与血浆病毒载量成正相关，与CD4+T细胞数成负相关。HIV感染者的病毒特异性淋巴细胞表面PD -l的表达水平显著升高，用B7HI抗体对PD -l信号途径阻断后发现HIV病毒特异性淋巴细胞的功能得到了相应程度的恢复，细胞分泌穿孔素、颗粒酶等细胞毒性等也得到一定程度的恢复，细胞增殖能力也有所恢复，更值得关注的是，在疾病晚期患者CD4+T细胞数量和功能缺失甚至衰竭情况下，细胞毒性T淋巴细胞的功能仍然得到改善。Petrovas等的[9]研究还表明，PD -l的表达可使HIV特异性CD8 +T细胞对自然发生和Fas介导的凋亡更加易感，PD一1与抗PD -1抗体的交联可优先激发高表达PD -1分子的CD8 +T细胞发生凋亡。高效抗逆转录病毒治疗（HAART）是目前控制和治疗艾滋病的方法，Kassu等发现[12] HAART治疗后大多数病人体内T细胞Tim -3表达量下降；Sakhdari[13]发现阻断Tim -3信号通路后，细胞毒性T细胞分泌穿孔素、抑制HIV感染CD4+细胞等作用增强。这提示像PD -1 -样，Tim -3也可能是慢性病毒感染期间耗竭的T细胞的一种重要的标志[14]。在病人人群中，强的抗HIV治疗作用与T细胞上Tim -3表达的减少相关。因此阻断Tim - 3/Galectin -9途径有利于抗病毒免疫。3 PD -1和Tim -3的表达水平与HIV感染病程进展的关系

HIV感染后机体T细胞表面PD -1和Tim -3表达明显上调且其水平与HIV疾病进展状况密切相关。感染宿主遗传因素、HIV病毒本身的特性和免疫应答是影响HIV感染者病程进展差异的主要因素。T细胞过度活化是HIV慢性感染过程中的一个重要病理特征。

洪坤学等[15]对未经治疗的HIV感染者研究发现：HIV感染可显著上调CD8 +T细胞表面PD -1的表达水平，PD -1表达水平的变化与HIV疾病进展密切相关。刘真[16]等研究发现慢性进展期感染者的PD -1的表达水平比长期不进展者高，但是在一定程度上还是低于新发感染者，表明细胞表面PD -1的表达水平与HIV感染疾病进程密切相关。谢荣华[17]等人的研究首次证实了PD -1与HIV/AIDS患者合并机会感染之间的关系密切，是HIV感染疾病进展的标志之一。Wang等[18]研究发现HIV感染者骨髓来源的树突状细胞上PD -L1的表达上调，经过有效的抗病毒治疗后，HIV -1的复制被完全抑制、CD4 +T细胞计数明显上升，同时伴随着PD - L1的表达下调，提示PD - Ll在HIV感染后上调，并且其表达可作为一个指标来判断艾滋病的进展。

HIV感染的T细胞亚群增强表达Tim -3，艾滋病进展者的CD8 +T细胞50%表达Tim -3，明显高于正常人群（28%）。Jones[19]等发现T细胞上Tim -3的表达与HIV的疾病进展相关联，急性病毒感染者CDs +T和CD4 +T细胞上Tim -3最高，次之是慢性HIV感染者，而HIV非感染者或病毒控制良好者的Tim -3的表达最低，并且发现Tim -3+CD8 +T细胞的数量与病毒载量呈正相关，与CD4+T细胞的计数呈负相关，同样的关系在Tim -3+CD4+T细胞中也发现。

总之，深入研究PD - 1/PD -L和Tim - 3/Galectin -9信号通路对感染免疫功能的影响及调节免疫功能的机制，将对理解共刺激分子家族的相互关系及其复杂性具有重要意义。T细胞表面PD -1和Tim -3表达水平在HIV感染不同疾病进展阶段有其特殊变化规律，这对于全面认识疾病过程中关键转折点可能具有重要意义，阻断PD - 1/PD -L、Tim - 3/Galectin -9抑制途径有利于病毒的清除，也为阐明HIV感染效应T淋巴细胞免疫耐受的可能机制以及临床免疫治疗提供新的思路。参考文献：[1] Ishdia Y，Agata Y，Shibahara K，etal. Induced expression of PD -l，anovel member of the immunoglobulin gene superfamily， upon pro-grammed cell death[J].EMBO joumal，1992 ，11（ 11）：3887 - 3895.[2] Zhang X，Schwartz JC ，Guo X，etal. Structural and functional analysis ofthe costimulatory receptor programmed death -1[J].Immunity，2004，20（3）：337 -347.[3] Okazaki T，Honjo T PD -1 and PD -l ligands：from discovery to clini-cal application[J].Intemational immunology， 2007， 19（7）：813 -824.[4] Youngnak P etal. Differential binding properties of B7 - Hl and B7 -DC to programmed death -1. Biochem Biophys Res Comrnun，2003，307-672 - 677.[5] Latchman Y，Wood C R，Chemova T，etal. PD - 12 is a second ligandfor PD -1 and inhibits T cell activation[J].Nature immunology ，2001，2（3）：261 -268.[6] Keir M E，Butte M J，Freeman G J，etal. PD -l and its ligands in toler-ance and immunity[J].Annu. Rev. Immunol. 2008 ，26：677 - 704.[7] Mclntire JJ， Umetsu SE， Akhari O ，etal. Identification of Tapr（ an airwayhyperreactivity regulatory locus） and the linked Tim gene family. NatImmun01，2001，2（12）：1109 - 1116.[8]汪峰 ，孙自镛 ，朱旭慧 ，等 . Tim - 3在 CD8 +T细胞上的表达及功能 研究 [J] .现代免疫学 ，2010，30 （ 6 ） ：458 - 461.[9] Petrovas C，Casazza JP，Brenehley JM，etal. PD - I is a regulator of vi-rus - specific CD8 + T cell survival in HIV infection. J Exp Med. 2006，203 （ 10） ：2281 - 2292.[10] Sanchez - Fueyo A，Tian J ， PicareUa D，et al. Tim - 3 inhihits T helpertype I - mediated auto - and alloimlnune responses and promotes im-munological tolerance. Nat Immunol. 2003 ，4 （ 11 ） ：1093 - 1101.[11] Day CL，Kaufmann DE，Kiepiela P，etal. PD - 1 expression on HIV -specific T cells is associated with T - cell exhaustion and disease pro-gression [J] . Nature ，2006 ，443 （ 7109 ） ：350 - 354.[12] Kassu A， Marcus RA， D Souza MB， etal. Suppression of HIV replica-tion by antiretro viral therapy reduces TIM - 3expression on HIV -specific CD8 + T cells [J]. AIDS Res Hum Retroviruses，2011， 27[13] Sakhdari Al ，Mujib S， Vali B，etal. Tim - 3 negatively regulates cyto-toxicity in exhausted CD8 + T cells in HIV infection [J]. LichterfeldM，ed. PLoS ONE，2012，7（7）：46.[14] Hafler DA， Kuchroo V.TIMs： central regulators of immuneresponses[J].J Exp Med ，2008 ，205：2699 - 2701.[15]洪坤学，刘真，贾明明，等.HIV -l感染者CD8+T细胞表面PD-l表达水平的研究[J].中国热带医学，2012 ，12（8）：909 – 912[16]刘真.PD -1和Tim -3在HIV感染免疫调节中的作用及其与疾病进展关系的研究[D].北京：中国疾病预防控制中心，2011.[17]谢荣华，欧阳珊珊.HIV/AIDS患者程序死亡分子1的表达与合并机会性感染的关系[J].广东医学，2013，34（4）：538 -541.[18] Wang F，He W， Yuan J，etal. Activation of Tim - 3/Calectin -9 path-way improves survival of fully allogeneic skin grafts[J].Transpl fm-mun01，2008 ，19：12 - 19.[19] Jones RB ，Ndhlovu LC， Barbour JD ，et al.rim -3 exprehsion ClCrines anovel population of dysfunctional T cells with highly elevated fre-queneiesin progressive HIV -l infeetion[J].J Exp Med，2008.205（12）：2763 - 2779.

（收稿日期：2014 - 12 - 16）