PD-1/PD-L1通路与多发性硬化

曹青青，　解忠祥，　王　旭，　程　云综述，　金　涛审校



PD-1/PD-L1通路与多发性硬化

曹青青，解忠祥，王旭，程云综述，金涛审校

多发性硬化(multiple sclerosis,MS)是一种以中枢神经系统(central neurology system,CNS)白质炎性脱髓鞘为主要病理特点的自身免疫病，以反复复发、缓解为主要特征，其发病受诸多因素的影响，并有多种内源性调节因子和途径参与其中。实验性自身免疫性脑脊髓炎(experimental autoimmune encephalomyelitis,EAE)是目前研究MS的经典动物模型。程序性死亡受体-1(programmed death 1,PD-1)与其两个配体程序性死亡配体-1/2(programmed death ligand-1/2,PD-L1/L2)相互作用不仅对诱导和维持免疫耐受及避免自身免疫损害具有重要作用，而且可以降低感染和肿瘤的免疫反应。在调节免疫方面主要是PD-1与PD-L1结合，传递负性协同刺激信号抑制T、B淋巴细胞的增殖活化，从而在外周免疫耐受中发挥重要作用。PD-1/PD-L1信号通路在中枢神经自身免疫反应中的研究主要来自MS及其动物模型EAE。

1　PD-1/PD-L1与MS/EAE

MS是一种以中枢神经系统多部位脱髓鞘病变为主要病理特点的自身免疫病，具有复杂的遗传背景，大多数患者表现为反复发作的神经功能障碍，病情每况愈下，目前关于MS的病因及发病机制仍不清楚，可能与病毒感染、自身免疫反应及遗传因素有关[1]。大量研究表明自身反应性CD4+T细胞在MS发病过程中发挥重要作用，其中辅助性T细胞1(helper T cell 1,Th1)和辅助性T细胞17型(helper T cell 17,Th17)主要起促进炎症反应的作用，而辅助性T细胞2(helper T cell 2,Th2)和调节性T细胞(regulatory T lymphyocyte,Treg)主要起保护作用。在外周淋巴结内，CD4+T细胞被抗原提呈细胞(antigen presenting cell,APC)如DC激活，分化为Th1和Th17细胞，透过血脑屏障后，T细胞再次被APC激活，进而促进炎症形成、髓鞘脱失和轴突破坏[2]。

PD-1属于B7-CD28超家族一员，具有负性协同刺激作用的免疫抑制受体，由PDCD1编码，基因定位于染色体2q37.3，是一个相对分子质量为50～55×103的免疫球蛋白超家族Ⅰ型跨膜蛋白，主要以单体形式表达于活化的T细胞、B细胞、单核细胞、NK细胞和DC等细胞表面[3]。PD-1与多种自身免疫病相关，如MS、肿瘤、糖尿病、类风湿性关节炎、系统性红斑狼疮、动脉粥样硬化形成等。PD-1有PD-L1和PD-L2两个配体，这两种配体分别由CD274和邻近的PDCD1LG2编码，基因均位于染色体9p21.4[4]。PD-L1和PD-L2有37%的相似性，前者持续表达于小鼠的T细胞、B细胞、DC、巨噬细胞、间充质干细胞、骨髓源性细胞及非造血细胞表面等；后者仅表达于活化的DC、巨噬细胞、骨髓源性细胞和静息的腹膜B1细胞。

PD-1基因多态性与MS患者病程进展相关，PD-1可抑制T细胞分泌细胞因子，如IFN-γ，在具有PD-1基因多态性的MS患者群体中，这种抑制作用受损[5]。PD-1/PD-L1信号通路是一条在免疫反应效应阶段发挥重要作用的负性调节信号通路，可通过调控T细胞的活性来诱导并维持免疫的外周耐受，活化T细胞表达的PD-1与PD-L1结合后可阻断CD28/B7所提供的活化信号[6,7]。正常情况下，PD-L1在中枢神经系统很少表达，然而在EAE小鼠发病期，PD-L1可在中枢神经系统炎性细胞、星形胶质细胞及血管内皮细胞表达。2003年，Salama等[8]首次报道PD-1信号通路对EAE疾病的进展有重要调控作用。PD-1/PD-L1在EAE小鼠的CNS中的表达量逐渐增加，而PD-L2并无变化。敲除PD-L1后，EAE的发病时间提前且症状更严重，CNS中有更多的淋巴细胞浸润，自身免疫应答也增强，IFN-γ生成增多，且用单克隆抗体阻断PD-1表达可导致自身抗原反应性T细胞的增殖和活性程度加大，细胞炎性因子分泌增多。PD-1/PD-L1相互作用调节EAE的严重程度和疾病进展，而PD-1/PD-L2相互作用无此效应，这说明在EAE疾病免疫应答调控过程中，主要是通过PD-1/PD-L1发挥作用[9,10]。在疾病诱导阶段，阻断PD-L1会增加动物对EAE疾病的易患性，而在慢性期阻断PD-L1会加速疾病的复发[11]。研究表明[9,10]，在EAE小鼠中可知APC表达的PD-L1直接抑制自身反应性T细胞，而在PD-L1缺失后，EAE发病早期的炎症因子如IFN-γ、TNF-α、IL-17等的分泌较野生型小鼠显著增加，而在发病后期，上述炎症因子则较野生型小鼠降低。PD-1基因缺陷动物患自身免疫系统疾病的原因可能是因为PD-1抑制信号去除后导致机体的免疫平衡失调，从而产生了过度的针对自身抗原的免疫应答。由此可知，PD-1/PD-L1 在 MS/EAE 的发病和防治中起到了重要作用。

2　PD-1/PD-L1与MS中相关细胞之间的相互作用

2.1PD-1/PD-L1与Treg的作用调节性T细胞(Treg)具有抑制免疫反应，调节免疫耐受的作用，其功能异常可引起多种自身免疫病。Treg通过抑制活化的T细胞增殖及细胞因子产生发挥免疫调节作用。Treg表面标志物为CD4+CD25+，其分化受叉状头/翅膀状螺旋转录因子(transcription factor forkhead box P3,FoxP3)调控。Treg可在胸腺内产生，也可体外在DC和转化生长因子-β(transforming growth factor β,TGF-β)存在的条件下诱导生成。在MS/EAE中，Treg主要执行免疫抑制功能，限制过度及错误的免疫反应。Treg功能低下是导致MS/EAE发病的另一重要原因。向EAE小鼠过继转移Treg可减轻EAE病情，而删除EAE小鼠体内的Treg会加重病情。与健康人相比，MS患者脑脊液及血液中Treg的数量无明显变化，但MS患者Treg的功能受到显著抑制[12]。

PD-1/PD-L1信号通路已经证实在诱导免疫耐受和Treg形成过程中起重要作用。PD-1和PD-L1在Treg细胞表面表达增高并对Treg抑制功能的发挥起重要作用，阻断PD-1能削弱CD4+CD25+Treg 的抑制能力。Francisco 等[13]研究表明PD-1的增加首先可诱导Treg细胞的形成：PD-1诱导的Treg表达磷酸化的蛋白激酶B(protein kinase B，PKB即Akt)、雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin,mTOR)、S6 和 细胞外信号调节激酶2(extracellular signal regulated kinase 2,ERK2)的能力降低，同时人第10号染色体缺失的磷酸酶及张力蛋白同源的基因(phosphatase and tensin hemology deleted on chromosome ten gene,PTEN)表达升高，提示PD-1信号通过中和Akt/mTOR来促进Treg细胞的增殖。虽然PD-L1对Treg的具体作用机制尚不明确，但是大量研究数据表明PD-L1可明显诱导Treg数量增加及促进Treg发挥功能。Francisco等人[13]也已经证实PD-L1与转化生长因子-β(transforming growth factor β,TGF-β)体外协同作用可促进幼稚T细胞向Treg转变，以及缺乏PD-L1基因的小鼠Treg数量也显著减少。PD-1/PD-L1的相互作用在Treg的发展和维持中起关键作用。由此可知，PD-1/PD-L1在MS/EAE中可通过影响Treg数量及功能发挥重要作用。

2.2PD-1/PD-L1与DC的作用DC是目前所知功能最强也是唯一能刺激初始型T细胞活化和增殖的APC,可诱导原始CD4+T细胞分化为自身反应性T细胞，在天然和获得性免疫中发挥极其重要的作用。DC同时具有介导免疫反应和诱导免疫耐受的作用，在EAE疾病的不同时期，CNS中的DC可发挥不同的作用，例如在发病初期发挥促炎作用而在后期却具有促进疾病恢复的作用，这可能与疾病不同时期局部微环境的改变影响DC的功能有关。DC在MS/EAE发病过程中起枢纽作用，MS患者中DC促进免疫反应的能力增强，诱导免疫耐受的能力降低，且MS患者体内的DC表型也发生很大变化：CD86表达增高，PD-L1表达降低，炎症性细胞因子IL-12及TNF-α的分泌也较正常对照组增高[14]。

DC可通过诱导Treg的产生与维持以及诱导T细胞失活，来防止自身免疫反应的发生，维持机体的稳定[15]。DC通过表达PD-L1，诱导Treg产生，抑制中枢神经系统的炎症反应，避免EAE进一步加重[16]。同时，Treg细胞表达的PD-1能够通过与DC表面的配体PD-L1结合而向DC细胞传递反向信号，下调DC表面的成熟标志物CD40、CD80、CD86的表达，介导DC成熟障碍并抑制DC的抗原递呈功能，最终诱导外周耐受的破坏，减少MS/EAE的发生[17]。Treg细胞诱导PD-L1表达，阻遏PD-L1从而逆转Treg细胞调节DC的功能，即通过DC促进PD-L1的上调来增强免疫抑制功能[18]。有报道称：骨髓源性的DC上的PD-L1与PD-1结合后可诱导抑炎因子IL-10分泌[17]。由此可知，PD-1/PD-L1通过DC诱导具有免疫抑制作用Treg和促进抑炎因子IL-10的分泌及其他一些复杂的免疫反应机制从而控制MS/EAE的病情发展。

2.3PD-1/PD-L1与Th17细胞的作用Th17细胞是一类不同于Thl、Th2细胞的新的CD4+T细胞亚群，通过分泌IL-17等前炎症因子，在多种自身免疫性疾病、感染和肿瘤等疾病中发挥重要作用。在感染或炎症早期，Th17细胞分泌的IL-17能促进Th17细胞激活，刺激各种免疫细胞产生多种细胞因子如IL-6、IL-8、粒细胞集落刺激因子(granuloeyte colony stimulating factor,G-CSF)及细胞黏附分子，从而有效地介导前炎症反应[18]。IL-17同白介素-1β(interleukin-1β,IL-1β)、TNF-α 或TCR激活剂细菌脂多糖功能相似，可以诱导固有免疫炎症细胞因子IL-6、急性反应蛋白、G-CSF和前列腺素E2等的表达。IL-17还可以与炎症因子有协同作用，加强放大其致炎效应。Treg细胞在体内执行免疫抑制功能，限制过度及错误的免疫应答。Th17/Treg 平衡对维持正常免疫应答，防止自身免疫具有重要意义。而在MS/EAE中，平衡向Th17倾斜，Th17 功能亢进，IL-17分泌增多，Treg 细胞功能降低。

PD-1/PD-L1通路在维持Th17/Treg平衡中起着重要的作用，阻断PD-1/PD-L1通路会导致Treg的功能降低及IL-17细胞数量增加从而导致机体耐受性丧失，诱发自身免疫性疾病发生。有报道称，在使用PD-L1治疗EAE实验中，未出现Treg向Th17细胞表型的转换，而是出现IL-17分泌减少，从而减轻炎症反应[19]。在该研究中[20]，有人提出PD-1基因敲除小鼠中Th17细胞的产生和变异性增加，而且阻断PD-L1可诱导Treg细胞凋亡及Th17细胞升高，而这些Th17细胞主要来自CD4+Foxp3-细胞，而非Treg细胞亚型的转换。因此，PD-1/PD-L1负性调节通路主要起调节Treg与致病性T细胞之间平衡的作用。由此可知，PD-1/PD-L1通过调节Th17/Treg之间的平衡在MS/EAE疾病的控制和进展中发挥重要作用。

2.4PD-1/PD-L1 与Th1细胞的作用Th1细胞是CD4+T细胞的一个亚型，是在MS/EAE中发现的最早的致病性CD4+T细胞[21]，Th1细胞主要产生 Th1 类细胞因子IFN-γ。在 MS患者及EAE小鼠的中枢神经系统中发现了大量Th1细胞浸润，表明Th1细胞在EAE和MS中起促进炎症反应作用[13]。致病性Th1细胞的激活，需要APC特别是DC的参与，Th1细胞在EAE的发病中起重要作用。

PD-1可以抑制转录因子相关Th1细胞功能的表达。最新研究表明[21，22]阻断PD-1/PD-L1通路引起EAE小鼠中Th1型炎性反应显著增强，因此，PD-1/PD-L1通路在抑制Th1型自身免疫病中发挥重要作用[23]。阻断PD-1/PD-L1通路可以使促炎因子如TNF-α、IFN-γ等分泌增加进而介导炎症反应，加快MS/EAE进展及疾病的严重程度。由此可知，PD-1/PD-L1通路在MS/EAE中通过调节Th1型细胞促炎分子的分泌来发挥作用的。

3　小　结

PD-1和PD-L1的数量在MS/EAE中明显升高，它们的表达与疾病的发展过程密切相关。PD-1/PD-L1通路不仅在T细胞活化初始阶段起关键性作用，也影响后来的效应功能和靶向器官的浸润。然而，虽然目前有多种研究报道PD-1/PD-L1在EAE中具有重要作用，但是具体作用机制尚未得到充分肯定，有待进一步研究。PD-1/PD-L1通路作用机制具体如何，能否作为疾病发生、缓解及疗效观察的指标，进而能否作为一个干预的靶点，仍值得进一步深入探讨。

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1003-2754(2016)08-0758-03

R744.5+1

2016-06-02；

2016-08-03

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(吉林大学白求恩第一医院神经内科，吉林 长春 130021)

金涛，E-mail：drtao.jin@hotmail.com