CTLA- 4在骨重建中发挥免疫调节作用的研究进展①

马文强 邱 亚 孙立众 王琳璇 韩 梅 米方林

(川北医学院附属医院，南充 637000)

细胞毒T淋巴细胞相关抗原4(Cytotoxic T lymphocyte- associated antigen- 4,CTLA- 4)又名CD152，是免疫系统中的一个重要的负调节因子[1,2]。CTLA- 4 通过与 CD28 共同竞争 CD80、CD86 结合位点，或通过TCR 介导途径，抑制T 细胞的激活及诱导T 细胞无能，可抑制多种细胞因子如IL- 2等的分泌，阻止免疫系统过反应，从而维持免疫系统的平衡稳定[3]。CTLA- 4在静息T 细胞中表达极少，但在T细胞激活后表达水平上升[4]，学者注意到CTLA- 4 的免疫抑制作用，并将CTLA- 4 免疫球蛋白应用到类风湿性关节炎(Rheumatoid arthritis，RA)的治疗中，取得了可喜的效果[5]。RA表现为T细胞过度反应，并表达过量RANKL 和IL- 1、IL- 6、IL- 17 等细胞因子导致患者体内关节软骨及骨组织进行性吸收破坏。CTLA- 4 抑制T细胞活化，从而减少RANKL 及其他细胞因子的表达，有效缓解了骨吸收过程[6]。同时,最新的研究也表明CTLA- 4生物制剂在抗肿瘤的研究应用中已经取得一定的成绩，应用前景非常广阔[7- 9]。已有学者总结了RANKL、OPG、TNF- α等因子参与骨代谢的作用，包括破骨细胞破骨和成骨细胞成骨之间的平衡调控[10,11]。在局部组织如关节、牙周组织的炎症免疫反应时，随着大量T细胞的介入引起炎症因子的调控改变，CTLA- 4在终止反应中起着至关重要的作用。在牙周膜承受外力，呈现炎症反应的时候，免疫调节介入，T细胞数量增加，促进炎症反应，同时随着时间的延长，牙周免疫控制受到免疫负调节因子的影响而转愈[12]。CTLA- 4通过抑制T细胞活化在炎症发生发展过程中发挥免疫调节作用，其表达过量将会引起免疫功能障碍致使机体丧失抗感染能力，表达不足将会引发自身免疫性疾病如常见的系统性红斑狼疮、RA等。目前CTLA- 4对细胞因子以及骨组织重建等的直接和间接影响仍是目前学者们研究的热点[13,14]。

1 CTLA- 4抑制T细胞活化作用及作为新型免疫抑制剂的应用

CTLA- 4是表达于T细胞表面的配体，传递的是阴性第二信号,抑制T细胞活化。虽然T细胞表面的CTLA- 4表达非常少,但CTLA- 4与B7分子的亲和力明显高于CD28数十倍,因此,CTLA- 4具有优先结合B7分子的特性[15]。CTLA- 4- Ig是依据CTLA- 4蛋白结构基因克隆出来的融合蛋白,其对B7的竞争亲和力明显高于CD28,由于其为一段蛋白分子,与细胞表面的B7分子结合后不产生生物效应,可以起到封闭作用[16,17]。利用多种方法研究表明,CTLA4- Ig融合蛋白可以作为一种新型的免疫抑制剂,对临床过度免疫反应性疾病有明显的抑制作用[15,18,19]。CTLA- 4的相关融合蛋白生物制剂已经作为抗肿瘤药物、器官移植免疫用药、抗癌药物以及更多应用的控制自身免疫性的RA药物应用于临床[20- 25]。

国内的学者同样非常关注有关CTLA- 4 的生物制剂的基础与转化应用的研究进展，研究领域涉及广泛，主要有RA、系统性红斑狼疮、肝癌、肺癌、恶性黑色素瘤以及乳腺癌等这些疾病，包括CTLA- 4的表达机制研究与治疗应用各方面，而且已经证实了CTLA- 4作为免疫调控点抑制剂可逆转肿瘤免疫微环境,增加特异性的抗肿瘤生长作用，不仅为既往上市的药品进行了验证与总结，而且为进一步研究新的免疫抑制生物制剂提供大量的基础研究证据[26- 28]。

2 CTLA- 4参与抑制骨吸收的作用

2.1炎症反应中CTLA- 4的产生及抑制骨吸收的作用 有学者发现CTLA- 4基因敲除小鼠数周内即可死于大量淋巴组织增生和重要组织及器官损伤，其结果提示出CTLA- 4在机体免疫调节中起重要的负性调控作用，能够抑制T细胞活化、增殖及细胞因子的产生[29]。CD4(+)/CD25(+)Treg细胞在体内的免疫抑制功能依赖于通过T细胞活化的CTLA- 4这类负调节因子的信号转导。而CTLA- 4的表达主要限于调节性T细胞(Treg细胞)，这表明这些细胞的CTLA- 4表达参与其免疫抑制功能。这些发现提示Treg细胞功能有助于CTLA- 4信号传导的免疫抑制特性，对Treg细胞表达共刺激分子的鉴定，可以用于探寻治疗炎性疾病的新的策略[30]。另有学者认为诱导效应T细胞和肠黏膜炎症需要B7- CD28共刺激途径，CTLA- 4信号在维持黏膜淋巴细胞耐受中起关键作用，最有可能的原因是通过激活Treg细胞[31]。类似的报道，学者潘婷婷[32]和Imoue[33]总结CTLA- 4在脓毒症中的作用发现，同样通过Treg细胞参与免疫抑制，而且有实验证明，在低剂量CTLA- 4抗体处理的小鼠脓毒症模型中可明显地改善小鼠的生存。CTLA- 4参与炎症反应中对骨重建的免疫调控作用主要是通过对细胞因子的影响，进而影响下游RANKL等对破骨细胞成熟有诱导作用的因子，以减少炎症导致的最终骨破坏[13,14]。Fedele等[34]的研究中，证明了CTLA- 4能够协同通过拮抗T细胞，进而减少CD4+T细胞在关节腔和滑膜组织中的浸润，起到了防止软骨和骨受炎症的侵蚀与破坏作用，提出CTLA- 4与TNF- α拮抗剂联合使用是治疗关节炎症的新策略。目前CTLA- 4针对炎症性骨吸收研究主要集中在RA及病毒性关节炎等自身免疫性相关疾病为主，将CTLA- 4用于治疗其他疾病的基础研究仍有待完善[35- 37]。

2.2CTLA- 4对破骨细胞成熟过程的间接与直接的影响作用 破骨细胞的分化成熟至活化发挥作用是一个复杂的多级调控过程，受到RANKL等系列细胞因子的调控[38,39]。Axmann等[40]的研究结果显示，CTLA- 4剂量依赖性地直接抑制体外无T细胞存在下的RANKL介导的破骨细胞形成。此外还证明了CTLA- 4在TNF诱导的体内炎症性骨质侵蚀关节炎模型中能够起到有效的抑制作用。这些数据表明 CTLA- 4是一种抗破骨细胞生成分子，能够直接影响破骨细胞前体细胞并抑制它们分化。同时也进一步提供了TNF和CTLA- 4免疫球蛋白制剂用于治疗关节炎等疾病及抑制炎症性骨吸收的证据[35,36,41,42]。在石东文博士[43]和Axmann等[40]的研究中，显示了CTLA- 4的直接作用影响了抗酒石酸酸性磷酸酶这一作为破骨细胞数量与骨再吸收的标志物的改变。这些体内体外实验的结果，从不同层次证实了CTLA- 4能够通过多种通路直接或间接地抑制破骨细胞的成熟与分化，这为减缓骨吸收、控制骨重建的相关学科提供了新的研究思路。

3 CTLA- 4在局部组织中发挥免疫调节作用对骨重建的影响

3.1CTLA- 4在局部RA中减缓骨破坏的应用 CTLA- 4在RA的相关研究与临床治疗药物的研发中已经得到了大量的证据[44]。RA被认为是一种慢性系统性炎症疾病，近年来的研究表明，自身免疫过程参与着疾病的发生、发展，被抗原激活的T细胞在RA的激发和维持中起着十分重要的作用。在其滑膜中有大量的T淋巴细胞浸润，而且大部分都处于活化状态。活化的T细胞分泌多种细胞因子，刺激滑膜细胞释放胶原酶和蛋白酶，造成软骨和骨质的破坏[45- 47]。T细胞与特异性抗原递呈细胞相互作用导致多种细胞因子的产生，作用于关节中的各种细胞，引起B细胞产生免疫球蛋白和类风湿因子，造成免疫性复合物沉淀和补体介导性损伤。在RA的免疫治疗中，抗TNF- α生物制剂的使用已经取得一定成效，得到了明显的减缓骨破坏的结果[48- 50]。但是美国FDA提示经常服用TNF抑制剂容易诱发肿瘤，所以，促使联合TNF抑制剂使用的抑制CD4+T细胞浸润的CTLA- 4免疫球蛋白生物制剂越来越受到关注[34,51]。Miner等[52]的研究中指出，CTLA- 4在病毒性关节炎炎症期能够有效地减轻急性期水肿，而且联合抗病毒单克隆抗体应用病毒性关节炎治疗，优于单纯作用，具有显著性的差异。在治疗RA的方式中，靶向T细胞抑制剂联合其他生物制剂或者药物的使用，能够很好地起到减少自身反应性T细胞的浸润与抑制滑膜增生作用，这将对RA炎症急性期骨破坏与炎症后期的骨重建产生积极的治疗性意义。

3.2CTLA- 4在局部调节牙周组织中免疫反应以及牙槽骨骨重建的作用 牙周膜是牙齿发生移动的解剖学基础，牙周膜产生的RANKL、OPG及各种细胞因子参与了骨重建过程。正畸移牙是颌骨在外力作用下发生骨重建的过程，正畸牙齿的移动依赖于压力侧破骨细胞产生的骨吸收和张力侧成骨细胞所产生的新骨形成，其中破骨细胞的数量及功能是决定正畸牙齿移动效率的主要影响因素之一[53,54]。牙周膜含有成骨细胞、破骨细胞、成纤维细胞等等，它们在外力作用下能够进一步分化或募集大量成骨细胞、破骨细胞，同时分泌RANKL、OPG及多种细胞因子如IL- 1、IL- 2、IL- 8、TNF- α及TNF- β等[55,56]。牙周炎性牙槽骨吸收是牙周致病菌感染导致的炎症性损伤性疾病，是机体抵抗菌斑微生物及其代谢产物的炎症反应。在牙龈卟啉单胞菌主导的牙周炎牙槽骨吸收患者的牙周组织中，会有大量的CD4+T细胞浸润[57,58]。Ueki等[59]发现的牙周组织中浸润T细胞占45%，而且这些T细胞中的50%以上会联合B细胞表达RANKL,而RANKL不仅能诱导破骨细胞成熟，还能促使破骨细胞内迅速形成肌动蛋白环发挥生物学破骨作用。在CTLA- 4参与牙周炎的研究中，已经有文献证明CTLA- 4直接参与并影响了牙周组织的炎性反应过程[60]。有学者将CTLA- 4免疫球蛋白加入到含有牙龈卟啉单胞菌及T细胞的培养基中发现 CTLA- 4免疫球蛋白能明显抑制T细胞对抗原的免疫反应[61]。另有Schmalz等[62]的研究结果认为，T细胞具有双重调节作用，静止期的T细胞通过细胞因子途径抑制破骨细胞生长，而CD4+T细胞则可诱导破骨细胞分化成熟和骨吸收活性。以往的研究让我们认识到CTLA- 4作为免疫抑制剂可直接抑制破骨细胞的成熟，同时亦可作为免疫负调节因子可直接抑制反应性T细胞的进一步活化，调控炎症反应，进而阻断下游信号对破骨细胞的诱导作用[40,63,64]。但在口腔医生正畸排牙需要快速骨重建的情况时，能否将CTLA- 4作为精准靶向生物制剂应用在口腔医学领域来进行把控牙齿移动速度，将是口腔正畸医师未来研究的重点方向之一。

4 结语

作为靶向、副作用低的新型生物制剂，CTLA- 4未来的研究还有更多的应用方向需要探索。在RA的联合用药治疗中，需要更多的基础研究进行完善佐证，药物的使用还需要大量的临床证据与长期的随访来进行总结。在器官移植、抗肿瘤治疗中，CTLA- 4与其他新型生物制剂相比较的优缺点仍需要探讨，如何做到精准与靶向，开发出更有价值的药物，也仍是各大生物公司与医学界需要攻关的课题。在局部组织如口腔医学领域中，不同类型的牙周炎患者中，免疫调控紊乱、T细胞的过度作用最终致使牙周组织丧失，牙槽骨吸收，如果能够通过免疫抑制生物制剂合理调控免疫反应，做到精准治疗与最低副作用地使用药物，这将是我国数千万牙周病患者的福音。在正畸牙移动过程中，牙槽骨重建速度的调节以往主要是生物力学的考虑，在靶向生物制剂的领域，仍未见相关研究报道。应用调控破骨细胞成熟的生物制剂，能够在牙移动模型的压力侧调控合适的骨吸收，在张力侧促进新骨成骨是理想的药物选择方向，将能够为日益增多的高龄正畸患者减少治疗时间、控制疼痛反应等提供新的辅助策略。

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