PD-1/PD-L1在支气管哮喘中的研究进展

雷蕙任 莫碧文

桂林医学院附属医院呼吸与危重症医学科541001

近年来,人们逐渐认识到支气管哮喘 (哮喘)是一种发病率逐年增高的呼吸道疾病,而我国约有3 000万的哮喘患者,严重影响人们的生活质量[1]。哮喘本质是慢性气道炎症,表现为气道高反应性、可逆气流受限、气道重塑和特征性气道炎症。已有大量报道证实CD4+T 细胞作为淋巴细胞的重要组成部分,参与哮喘免疫过程。而T 细胞的活化依赖两个 “坐标”信号,最初的信号主要是由主要抗原递呈细胞表面的组织相容性复合体-抗原肽复合物组成,然而,这个信号不足以激活T 细胞,还需要来自协同刺激分子的非特异性信号,它可分为3大类:TNF家族、细胞因子家族和B7家族 (免疫球蛋白超家族),而程序性死亡配体-1 (programmed cell death-ligands-1,PD-L1)作为B7家族中的一员,向T 细胞提供负性共刺激分子[2-3]。它与程序性死亡受体-1 (programmed cell death-1,PD-1)是调节T 细胞免疫应答和T 细胞介导的外周免疫应答的关键因子[4]。现PD-1/PD-L1在哮喘中的作用已逐渐被人们所认知,为此就这一通路在哮喘的研究作一综述。

1 PD-1/PD-L1通路的结构、特征、分布与免疫调节

PD-L1 又称B7-H1 或CD274,由人类9 号染色体p24.1.2位点的PDCDL1基因编码,于1997年首次被Dong等[5]发现,并确认为B7 蛋白家族的第三个成员,与B7.1和B7.2蛋白具有15%～20%的同源性。PD-L1是一类跨膜蛋白,包括由30 个氨基酸组成的胞内段以及由Ig V 样、IgC样结构域、疏水性跨膜结构域和短胞质尾组成的胞外段[6]。PD-L1分布广泛,不仅表达于造血细胞 (T 细胞、B细胞、巨噬细胞、树突状细胞和中性粒细胞),也表达于一些非造血组织 (心脏、胰腺、胎盘、血管内皮、肌肉、肝脏、肺、眼和皮肤组织)[5,7-8]。

PD-1作为PD-L1的受体,又称为CD279,是由京都大学Ishida等[9]从参与程序性细胞死亡的基因筛选中发现的,属于CD28超家族中的一员,是由PDCD1基因编码的Ⅰ型跨膜蛋白,由288个氨基酸组成 (50 000-55 000),包含胞外Ig V 样结构域和跨膜区域,以及胞内区[10]。PD-1 通常在活化的CD4+T 细胞、CD8+T 细胞、自然杀伤细胞和T细胞上表达[11]。

近年研究发现PD-1是T 淋巴细胞中出现的一种关键的免疫抑制受体,它通过识别肿瘤细胞表达的PD-L1来介导免疫抑制,而免疫检查点抑制剂是目前最成功的癌症免疫治疗药物[12]。抑制PD-1/PD-L1信号通路被广泛认为是治疗多种恶性肿瘤的革命性方法,目前已有相应的免疫抑制剂应用于临床肿瘤患者的免疫治疗[13]。此外,在风湿免疫系统疾病研究中发现类风湿关节炎患者淋巴细胞上的PD-L1表达增高,且与疾病的活动状态密切相关[14]。更有研究发现慢性乙型肝炎病毒 (hepatitis B virus,HBV)感染时患者的CD8+T 细胞上PD-1的表达水平明显高于正常人,且血清HBV DNA 滴度与CD8+T 细胞上的PD-1水平呈显著正相关[15]。以上研究表明PD-1/PD-L1通路作用广泛,为我们治疗免疫、肿瘤、感染等疾病提供了新视角。

2 PD-1/PD-L1通路与哮喘

Dmitrieva-Zdorova等[16]通过采用限制性片段长度多态性聚合酶链反应技术首次发现俄罗斯人PDCD1 基因PD-1.3与哮喘及其严重程度和血清总免疫球蛋白E(immunoglobulin E,IgE)显著相关,且最新研究发现哮喘小鼠外周血及肺泡灌洗液中可溶性PD-1含量升高,而哮喘患者外周血可溶性PD-L1含量升高,此外,有报道指出哮喘患者诱导痰中的嗜酸粒细胞及中性粒细胞上的PD-L1的表达升高[17-19]。以上说明PD-1/PD-L1 通路与哮喘发病密切相关,其具体机制如何呢?

2·1 PD-1/PD-L1 通路与T 细胞 1 型辅助性T 细胞(helper T cell 1,Th1)/2型辅助性T 细胞 (helper T cell 2,Th2)免疫细胞失衡被认为是经典的哮喘发病理论,激活的Th2细胞及其分泌的细胞因子,如IL-4、IL-5 和IL-13等调节因子可促进慢性炎症和气道高反应性,而Th1细胞因子,如干扰素γ (interferon-γ,IFN-γ)可阻止轻度至中度哮喘患者病程进展[20-22]。既往研究表明蟑螂致敏的哮喘小鼠在过继从BALB/c小鼠肺脏分离的CD4+CD25+调节性T 细胞 (regulatory T cell,Treg)后气道高反应性下降,支气管肺泡灌洗液 (bronchoalveolar lavage fluid,BALF)IL-4、IL-5和IL-13降低,而PD-1作为激活Treg效应的关键受体,进一步研究发现加入PD-1抗体可阻断上述气道高反应性及气道炎症的改善[23]。而近期研究发现急性发作哮喘患者外周血PD-1浓度显著降低,且PD-1浓度与IFN-γ浓度、Th1细胞比率呈正相关,与IL-4、Th2细胞比率呈负相关,提示哮喘患者可能通过PD-1与受体结合后抑制T 细胞活性,造成机体Th1/Th2免疫失衡,进而参与嗜酸粒细胞哮喘[24]。

虽然Th1和Th2免疫细胞失衡在哮喘发病机制中发挥重要作用,但它仍然不能完全解释哮喘的发展。研究证实除了Th1/Th2细胞失衡,还有辅助性T 细胞17 (helper T cell 17,Th17)/Treg细胞失衡也参与了哮喘发病[25]。在屋尘螨诱导的C3H 哮喘小鼠模型中加入PD-1或PD-L1抗体阻断PD-1/PD-L1通路后肺部中性粒细胞聚集增多,但与McGee等[23]的研究结果不同是在加入PD-1或PD-L1抗体后Th2细胞因子IL-4、IL-5、IL-13无明显改变,且血清总Ig E不受影响,提示在过敏原诱导的C3H 哮喘小鼠模型中,PD-1/PD-L1轴对Th2 免疫应答的抑制作用有限,但在抑制Th17反应中起着重要作用,而在不同品种的小鼠中抑制T 细胞反应的能力可能不同。进一步研究发现PDCD1敲基因 (PDCD1-/-)组小鼠的CD4+IFN-γ+T 细胞及CD4+IL-17A+T 细胞比率增加,IFN-γ和IL-17A 的表达升高,提示PD-1/PD-L1通路可能通过抑制Th17细胞活性进而参与哮喘发病[26]。另有报道表明中性粒细胞哮喘患儿BALF中可溶性PD-L1的表达水平升高,与Th17型细胞因子粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子、IL-6、IL-17 呈正相关,但与Th2细胞因子IL-4无明显相关,而在急性哮喘小鼠模型诱导期加入PD-L1抗体可减轻气道炎症并降低黏液分泌,提示阻断PD-L1可影响哮喘的进展[27]。此外,在轻度持续性组和中度至重度持续性组的哮喘儿童可检测到PD-1+Treg细胞及PD-1+Th17细胞异常升高,而PD-L1+Treg及PD-L1+Th17显著降低,体外分离培养CD4+T 细胞,在加入PD-1抗体后可观察到Treg细胞比例增加及调控Treg转录分化的叉头翼状螺旋转录因子3 (forkhead pterygoid transcription factor 3,Foxp3)m RNA 表达升高,而Th17细胞比例及Th17细胞分化成熟的关键转录因子维甲酸相关孤儿受体γ的胸腺异构体m RNA 减少,在哮喘动物模型中加入PD-1抗体后Treg/Th17细胞比例发生失衡,以上数据表明抗PD-1 能够降低哮喘患儿CD4+T 细胞Th17的分化,诱导Treg在体外的差异表达。此外,研究发现PD-1+Treg、PD-1+Th17比例与总Ig E、嗜酸粒细胞比值呈正相关,与哮喘控制测试评分、第1秒用力呼气容积占预计值百分比 (forced expiratory volume in one second as a percentage of expected value,FEV1%pred)、FEV1/FVC呈负相关,进一步说明PD-1/PD-L1 通路可能通过Treg/Th17细胞失衡影响肺功能和哮喘儿童的气道炎症[28]。由此提示PD-1/PD-L1通路会对不同的CD4+T 细胞亚群产生不同的影响。

在哮喘相关的临床研究中发现患者外周血CD4+T 细胞PD-1表达与总IgE呈负相关,表明PD-1表达可能对循环CD4+有保护作用[29],但另一项研究发现哮喘患者PD-1+CD4+T 细胞的百分比和绝对计数显著升高,却和IgE没有任何明显的关联[30]。这表明PD-1/PD-L1 通路在哮喘的相关研究中存在着矛盾,而具体原因需要我们进一步探索。另外,癌症患者T 细胞免疫功能受抑制,外周血sPD-L1水平升高[31];同样,哮喘患者外周血sPD-L1水平升高[18],Th17细胞活性受抑制,那么血清sPD-L1水平能否反映哮喘患者的T 细胞功能状态值得进一步研究。

2·2 PD-1/PD-L通路与气道高反应性 早期研究发现加入PD-1抗体或PD-L1抗体后可阻断PD-1/PD-L1通路进而增加小鼠气道反应性[26]。在利用卵清蛋白 (ovalbumin,OVA)诱导的小鼠哮喘模型中,PD-L1-/-组小鼠与对照组小鼠相比,气道高反应性降低,肺部炎症减轻,而OVA致敏的Ja18-/-小鼠在过继PD-L1-/-小鼠的恒定自然杀伤(invariant natural killer T,iNKT)细胞未见明显的气道高反应性,并只表现为轻微的气道炎症,表明PD-L1在依赖iNKT 细胞途径导致的气道高反应性及气道炎症方面具有重要而独特的作用[32]。Singh 等[2]发现树突状细胞的PD-L1与iNKT 细胞上的PD-1的结合可导致Th2细胞分泌的IL-4增多,Th1细胞因子IFN-γ降低,进而增加气道高反应性。此外,在用OVA 联合双链多核甘酸Poly IC 致敏的哮喘小鼠诱导期加入PD-L1抗体,与加入IgG 抗体的对照组相比气道高反应性和BALF 中IL-13降低,表明PDL1可以增加气道高反应性[33]。Starkey等[34]首次证实早期衣原体导致的呼吸道感染可诱导PD-L1产生,进而导致严重炎症,肺功能永久性下降,并在后期发展为更严重的过敏性气道疾病 (如哮喘),其中肺单核细胞、树突状细胞、CD4+T 和CD8+T 细胞是衣原体感染诱导肺组织PD-1、PD-L1表达产生的主要来源。与此同时,抑制PD-1对病毒载量无明显影响,却显著抑制了肺部炎症,并显著降低肺泡灌洗液IL-13 的受体IL-13Ra2 水平,而IFN-γ 表达增加。由此可知PD-1/PD-L1 在促进哮喘气道高反应性的发生发挥重要作用,是促进病情加重的不利因素。

3 展望

哮喘是一种T 细胞参与的慢性免疫性气道炎症,综上所述PD-1/PD-L1通路对不同的CD4+T 细胞亚群发挥不同的作用。目前使用PD-1/PD-L1 免疫抑制剂已让部分肺癌患者从中受益,而对于肺癌合并哮喘的患者,PD-1/PD-L1抑制剂的使用是否能让患者更受益,PD-1/PD-L1能否成为哮喘诊治新靶点值得我们更深一步地研究。

利益冲突所有作者均声明不存在利益冲突