PD—1及其配体的结构

文雪

【摘 要】PD-L是PD-1（程序性死亡分子1）的配體，通过传递抑制信号，从而达到调节T细胞活化平衡，诱导免疫耐受。在针对来抗原以及自身抗原的发生特异性免疫应答清除病原体过程中需要与肿瘤介导的免疫耐受保持平衡。介导T细胞免疫耐受需要PD-1分子及其配体以限制T细胞活化后对自身组织造成的免疫损伤。PD-1分子及其配体在自身免疫性疾病、感染性疾病及肿瘤免疫中具有重要研究价值。在这篇综述中，我们将讨论PD-1与其配体的结构组成。

【关键词】PD-L；T细胞；PD-1

细胞共刺激的概念随着时间而演变。T细胞活化的两个信号是凯文通过一个活化T细胞模型获得的[1]。根据这一模型，T细胞的完全激活需要两个信号。第一信号，提供特异性免疫应答信号，通过抗原肽MHC分子复合物与TCR （T细胞表面受体）特异性结合。第二，抗原依赖的共刺激信号，是由抗原呈细胞（APC）传递给T细胞，从而促进T细胞克隆扩增，分泌细胞因子并实现效应功能。如果出现第二信号的缺失，抗原特异性的淋巴细胞将无法活化，失去相应效能。目前研究发现了一种新的共刺激分子B7：CD28家族，其通路组成为PD-1（程序性死亡分子1受体，也称为CD279）及其配体PD-L1 （CD274，也称为 B7-H1）和PD-L2 （CD273，也称为B7-DC）[2]。该通路在大量研究中显示出重要的负性调节功能，说明其在调节T细胞活化和免疫耐受中具有巨大研究前景。本文主要对PD-1及其配体PD-L的结构做阐述。

1 PD-1及其配体的结构基因

PD-1是一个由288个氨基酸（AA）构成的I型跨膜蛋白质，其组成包括：一个免疫球蛋白（Ig）超家族结构域，一个20AA的柄，一个跨膜结构域，和胞内结构域。在小鼠1号染色体上及人类2号染色体上面，PD-1均由PDCD1基因编码。在这两个物种中，PDCD1基因由5个外显子。外显子1编码一个短信号序列，第2外显子编码IG域。茎和跨膜域是由外显子3和外显子4编码的一个短12AA序列，标志着胞质域的起始。外显子5包含C-末端胞内残基和一个长的3 UTR[2]。

PD-1的剪接变异体是从人活化T细胞克隆而得到。在转录过程中缺乏外显子2、外显子3、外显子2和3，或外显子2到4。除了外显子3的剪接变异体（pd-1ex3），其他所有变异体都以相似的水平全长PD-1表达于外周血单个核细胞（PBMC）。当人的T细胞受到抗CD3和抗CD28抗体刺激活化时，所有变异体表达显著增高。pd-1ex3变异体由于缺乏一段编码跨膜区的mRNA，类似于可溶性CTLA-4，因而起着重要的自身免疫的作用。这种变异体可见于类风湿关节炎患者[3]。

PD-L1是由290个AA组成的I型跨膜蛋白，在小鼠1号染色体上及人类2号染色体上面，PD-1均由CD274基因编码。CD274包括七个外显子，第一个外显子编码5UTR区，外显子2，3和4包含信号序列IgC-样结构域和IgV-样结构域，外显子5和6分别编码跨膜区和胞内区。外显子7编码3UTR区以及包内段残基。

有研究报道在人类的剪接变异体PDL1中，由外显子2编码的序列缺少一个IgV样结构域。虽然这个剪接变异体的功能尚不清楚，但是已证实该突变体不能与PD—1结合。目前没有发现小鼠PD-L1剪接变异体[4]。

PD-L2也是I型跨膜蛋白，由Pdcd1lg2基因编码。在人类是42kB的基因组DNA，在小鼠Cd274处则被一个23 KB的干预基因组DNA分开。该基因由六个外显子组成，人有七个。IGV样结构域由外显子3编码，IGC样结构域由外显子4编码，第5外显子包含短茎、跨膜区域以及胞质域，小鼠的外显子5还含有一个终止密码子，形成一个由4个AA组成的胞质区。人类第6外显子和第7外显子包含一个30AA的额外编码区域在细胞质中。较长细胞质结构域见于人、猕猴、黑猩猩、狗、牛、猪和马，在小鼠及大鼠缺失[5]。

2 PD-1及其配体的蛋白结构

通过X射线晶体学得到PD-1的未折叠三维结构，结果表明，其免疫球蛋白超家族中的β-链折叠非常保守，介于CTLA-4和PD-1之间[3]。构成PD-1的CDR3区域的AA较为松散，而且缺乏相对保守的AA，这与CTLA-4的结合界面不同。在CTLA-4基因图谱上，围绕CDR3的疏松区域出现以MYPPPY为中心的有序排列的脯氨酸。通过遗传变异扫描发现，在与PD-L结合过程中，PD-1的CDR3氨基酸都不起作用。研究者利用超速离心法在研究可溶性的PD-1胞浆段IgV样结构域时，显示PD-I是单体。利用荧光共振能量转移法对CHO细胞PD-1的表达分析时发现了其全长[6]。

PD-L1和PD-L2分子模型已对B7-1和B7-2指导定点的晶体结构的基础上产生的丙氨酸扫描诱变。两者的结合界面和PD-L1PD-L2 PD-1在IgV样结构域。有趣的是，某些突变的PDL1和PD-L2，不能结合PD-1可以刺激连接与抗CD3 T细胞增殖。这些non-pd-1结合突变体也能刺激。PDCD1-/-T细胞，另一方面提供证据为PD-L1和PD-L2受体。

通过对B7-1和B7-2的晶体结构中指定位点丙氨酸进行变异扫描时，得到了PD-1配体分子（PD-L1和PD-L2）的结构模型。PD-L1和PD-L2与PD-1的结合位点都是IgV样结构域。有研究表明，某些变异的PD-L1和PD-L2虽然不能够与PD-1结合，但可以通过与抗CD3抗体结合而刺激T细胞活化。

PD-1：PD-L通路在T细胞的活化，耐受以及免疫介导的组织损伤中发挥了重要的免疫调节作用。本文章中，我们主要描述了PD-1及其配体（PD-L1和PD-L2）的结构，从而为PD-1：PD-L通路的进一步研究做铺垫。

【参考文献】

[1]GenomicsTivol， E. A. et al. Loss of CTLA-4 leads to massive lymphoproliferation and fatal multiorgan tissue destruction， revealing a critical negative regulatory role of CTLA-4. Immunity 3， 541-7 （1995）.

[2]Waterhouse， P. et al. Lymphoproliferative disorders with early lethality in mice deficient in Ctla-4. Science 270， 985-8 （1995）.

[3]Wu， C. et al. Immunohistochemical localization of programmed death-1 ligand-1 （PD-L1） in gastric carcinoma and its clinical significance. Acta Histochem 108， 19-24 （2006）.

[4]Kitazawa，Y.et al.Involvement of the programmed death-1/programmed death-1 ligand pathway in CD4+CD25+ regulatory T-cell activity to suppress alloimmune responses. Transplantation 83， 774-82 （2007）.

[5]Konishi， J. et al. B7-H1 expression on non-small cell lung cancer cells and its relationship with tumor-infiltrating lymphocytes and their PD-1 expression. Clin Cancer Res 10， 5094-100 （2004）.

[6]Chemnitz， J. M.， Parry， R. V.， Nichols， K. E.， June， C. H. & Riley， J. L. SHP-1 and SHP-2 associate with immunoreceptor tyrosine-based switch motif of programmed death 1 upon primary human T cell stimulation， but only receptor ligation prevents T cell activation. J Immunol 173， 945-54 （2004）.