PD-1/PD-L1在系统性红斑狼疮和类风湿关节炎中的研究现状与展望①

陈小群 陆 兴 廖淑珍 招春飞 综述 刘华锋 潘庆军 审校

(湛江市慢性肾脏病防控重点实验室，广东医科大学附属医院肾脏病研究所，湛江 524001)

自身免疫性疾病(autoimmune diseases,AD)是一类可引起机体组织损伤和功能障碍的免疫应答紊乱疾病，目前其防治策略有限且治疗效果欠佳。已知AD有80余种，全球发病率约5.0%[1]，以系统性红斑狼疮(systemic lupus erythematosus,SLE)与类风湿关节炎(rheumatoid arthritis,RA)较常见。目前，AD的发病机制尚未完全阐明，主要因免疫稳态和自身耐受破坏而引起自身免疫，导致自身反应性T细胞和自身抗体介导的自身器官和组织的损伤[1,2]。

近年发现程序性死亡蛋白1(programmed death 1,PD-1)和程序性死亡蛋白配体1(programmed death ligand 1,PD-L1)通过相互作用，可负性调控T细胞的活化，对维持自身免疫耐受、防止过度免疫应答、防止自身免疫发生及减小免疫应答组织损伤，发挥重要作用[3]。同时，肿瘤免疫治疗阻断PD-1与PD-L1结合，除激活免疫细胞攻击癌细胞外，同时也释放自身反应性T细胞的潜力，从而导致炎症和自身免疫疾病，表现为RA和风湿性多肌痛等相关不良事件[4]。由此可见，PD-1/PD-L1可能在自身免疫性疾病的发病中起重要作用，深入探讨其与SLE和RA等自身免疫性疾病的关系，有望为SLE和RA的防控提供新的策略。

1 PD-1/PD-L1的结构与表达

PD-1和PD-L1是多种细胞表面表达的免疫抑制分子，均属于B7/CD28免疫球蛋白超家族的Ⅰ型跨膜糖蛋白[5-7]。PD-1结构包括N末端免疫球蛋白样可变(immunoglobulin-like variable,IgV)结构域、跨膜结构域和细胞质结构域[8]；PD-L1结构包括Ig V样结构域、免疫球蛋白样恒定(immunoglobulin-like constant,IgC)结构域、疏水跨膜结构域和细胞质尾区[9,10]。值得注意的是，PD-1的细胞质结构域包含两个酪氨酸信号基序：免疫受体酪氨酸抑制基序(immunotyrosine inhibitory motif,ITIM)和免疫受体酪氨酸转换基序(immunotyrosine switch motif,ITSM)[7,11,12]。其中，ITSM是PD-1/PD-L1发挥作用“开关”的启动分子，对PD-1介导的信号传导起关键作用。

PD-1主要在成熟活化的T细胞和B细胞中表达，同时也在胸腺中的双阴性αβ和γδ T细胞以及外周血的自然杀伤细胞(natural killer,NK)、单核细胞、一部分树突状细胞(dendritic cells,DCs)、自然杀伤T细胞(natural killer T cells,NKT)和骨髓细胞上诱导性表达[7,13-17]。PD-1的功能和表达主要受T细胞受体(T cell receptor,TCR)和主要组织相容性复合物(major histocompatibility complex,MHC)的相互作用、CD28共刺激信号的强度与持续时间、抗原或炎症刺激和细胞因子等因素的影响[7,18-23]。其中，细胞因子在PD-1表达中扮演重要角色。

PD-L1表达广泛，在外周淋巴造血细胞和非淋巴组织细胞上组成性表达[10,13,24,25]。PD-L1在正常免疫期间组成性表达，在抗原刺激或组织损伤时，炎症细胞因子(IFN-γ、TNF-α、IL-2、IL-4、IL-7、IL-10、IL-15、IL-21)和血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)、脂多糖(LPS)、粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子(granulocyte-macrophage colony stimulating factor,GM-CSF)等均诱导PD-L1表达，它们是PD-L1表达的有效诱导剂，可上调不同细胞PD-L1表达[7,17,21,26-31](表1)。

PD-1与PD-L1主要在免疫细胞上表达，在急慢性感染、自身免疫性疾病与癌症等疾病中发挥重要作用。与此同时，PD-L1在非淋巴组织中有表达,说明 PD-L1在调节外周自身免疫方面也发挥独特作用，与PD-1相互作用可确定炎症部位的免疫应答程度。

2 PD-1/PD-L1与自身免疫

PD-1/PD-L1通过多种方式维持免疫系统的平衡和防止自身免疫的发生，已在几种实验动物模型中证实，包括SLE、RA和I型糖尿病(type 1 diabetes,T1D)等[23]。PD-1/PD-L1途径在维持外周耐受、抑制T细胞过度活化、促进调节性T细胞(regulatory T cells,Tregs)的发育和功能有重要作用[30-32]。在生理条件下，PD-1抑制自身反应性T细胞产生，防止过度自身免疫[33]；在刺激状态下，T细胞活化，PD-1与PD-L1结合并传导抑制信号参与免疫应答的负调节，维持免疫耐受和调节自身免疫[3,7,12]。在SLE、RA和T1D中，PD-1途径的调控作用具有一定的抗原特异性[34]；此外，PD-1+细胞浸润组织，并随自身免疫疾病的进展渗透逐渐增加[35]。

PD-1和PD-L1均是抑制性分子，具有典型的免疫球蛋白(Ig)样结构域，负责传导细胞内结构域的相互作用信号，如抑制T细胞增殖、细胞因子产生等参与免疫调节的信号(图1)[8,29,36]。PD-1/PD-L1主要通过两种机制调节免疫：促进淋巴结中抗原特异性T细胞的凋亡和减少Tregs凋亡[7,21]。其信号传导主要有两条途径：PI3K-Akt途径和RAS-MEK-ERK途径，其中，PI3K-Akt途径为关键途径[37,38]。在抗原刺激时，淋巴细胞活化，PD-1与 PD-L1结合并促进ITIM和ITSM磷酸化，募集SRC同源性2结构域蛋白酪氨酸磷酸酶(SRC homology 2-domain-containing protein tyrosine phosphatase,SHP)-1和SHP-2，下游蛋白激酶SYK和PI3K的去磷酸化，抑制下游Akt、ERK等通路的活化，最终抑制T、B细胞存活、增殖、活化及抑制细胞因子的产生，促进细胞凋亡，发挥负向调控T、B细胞活性作用[7,12,27,33,34,39-41]。PD-1/PD-L1抑制T细胞负性调控功能主要取决于ITSM对SHP-2的募集。

总之，PD-1/PD-L1的关键功能通过免疫稳态恢复和减轻炎症反应，在自身免疫性疾病、急慢性感染、肿瘤免疫和移植免疫中具有重要作用。相反地，PD-1信号缺失可能会增强机体对各种感染的免疫应答，甚至会损害宿主免疫力。

表1 不同刺激因素对不同细胞PD-L1表达的影响

Tab.1 Effect of different stimulating factors on PD-L1 expression in different cells

3 PD-1/PD-L1与SLE

SLE是一种具有高度异质性的慢性系统性自身免疫性疾病。其发病过程参与的细胞包括B细胞和CD4+T细胞(如滤泡辅助T细胞，follicular helper T cell,Tfh)等。其中CD4+T细胞促进生发中心的形成、B细胞的成熟和抗体的产生[42]。近几年，以PD-1/PD-L1为靶点免疫治疗肿瘤过程中出现与SLE等自身免疫性疾病相似症状的免疫相关不良事件的发生，提示阻断PD-1/PD-L1可能对SLE的发病及进展有着一定的关联[43,44]。

已知Toll样受体(Toll-like receptor,TLR)途径和Ⅰ型IFN途径在SLE发病中发挥重要作用[45-48]，TLR诱导NF-κB和STAT1激活，也诱导Ⅰ型IFN产生；同时，Ⅰ型IFN激活STAT1[49]。转录因子NF-κB和STAT1均影响PD-1和PD-L1表达，进一步证实了SLE与PD-1/PL-L1相关[50-53]。

图1 T细胞内PD-1/PD-L1的作用途径Fig.1 Pathways of PD-1/PD-L1 in T cells

最近，PD-1/PD-L1已被证明是 SLE的负性免疫调节分子[54,55]。有研究发现PD-1缺陷小鼠自发地发展为狼疮样增生性关节炎和以IgG3沉积为主的肾小球肾炎[56]。更多的研究报道，参与SLE发病的多种细胞表达PD-1和/或PD-L1，而且其表达水平或细胞比例变化与SLE疾病活动度相关：在SLE患者的外周血中，CD3+T细胞、CD19+B细胞、分泌IgG抗体的B细胞、CXCR3-CD4+T细胞、黏膜相关的恒变T细胞(mucosa-associated invariant T cells,MAIT)、NKT、CD25+CD4+T细胞和CD8+T细胞表达PD-1[57-61]； CD19+B细胞、中性粒细胞、未成熟的DC和CD14+单核细胞表达PD-L1[62-65]。同时，在SLE患者中，上述细胞PD-1/PD-L1的表达水平和细胞比例变化与系统性红斑狼疮疾病活动度评分(SLE Disease Activity Index,SLEDAI)相关，即与SLE疾病活动度和严重程度相关，可认为PD-1/PD-L1是判断SLE疾病活动度的生物标志物(表2)。

PD-1/PD-L1是SLE中研究较多的共刺激分子，有研究发现初发的SLE患者血清中抗PD-1的自身抗体显著升高，并通过阻断免疫检查点PD-1的功能加剧T细胞增殖，提示阻断PD-1可能是促进SLE发展的新因素和新机制[60]。然而最近有文献报道由PD-1抗体的单链可变片段(scFv、αPD-1、 白蛋白结合域(ABD)和铜绿假单胞菌外毒素A(PE)组成的融合蛋白αPD-1-ABD-PE靶向消耗PD-1+细胞[66]，不仅能阻止自身免疫性疾病的进展，还能同时保持正常的适应性免疫，已在自身免疫性糖尿病和实验性自身免疫性脑脊髓炎麻痹小鼠上证实。类似地，靶向消除或减少PD-1+细胞是否能成为其他自身免疫疾病(如SLE和RA)的治疗策略值得探讨。

表2 SLE中表达PD-1/PD-L1的细胞类型及其表达情况

Tab.2 Expression of PD-1/PD-L1 in SLE different cell types

Cell typesPD-1/PD-L1 phenotypesExpression in SLESerum-derived B cells expressing IgG antibodiesPD-1Anti-PD-1 antibody increased and positively correlated with SLEDAI scorePBMC-derived CD3+ T cellsPD-1PD-1 expression is increasedPBMC-derived CD4+Tfh cells (CD4 + CXCR5 +)PD-1PD-1+Tfh percentages are positively correlated with SLE-DAI scorePBMC-derived CXCR3-CD4+Tfh cellsPD-1PD-1+CXCR3-CD4+Tfh percentages are positively corre-lated with SLEDAI scoreAnti-CD3/anti-CD28-treated PBMC-derived CD4+CD25hi T cellsPD-1PD-1 expression is decreasedPBMC-derived CD8+ T cells (low expression of IL-7)PD-1PD-1 expression is increased but cell percentages are de-creasedPBMC-derived MAIT and NKTPD-1PD-1 expression is increased but cell percentages are de-creasedPBMC-derived CD19+B cellsPD-1 and PD-L1PD-1 is decreased and associated with the prognosis in SLE patientsPBMC-derived immature DCPD-L1PD-1 expression is decreasedWhole blood-derived neutrophilsPD-L1PD-L1 expression increased and positively correlated with SLEDAI scorePBMC-derived CD14+ monocytesPD-L1CD14+PD-L1+ monocytes percentages are positively corre-lated with SLEDAI score and antibody

综上，PD-1/PD-L1参与SLE先天性和适应性免疫调节，它们的免疫复杂性嵌入在多细胞信号传导途径中，表现为其调节微环境的免疫细胞和实质细胞受体的表达和活化，但具体机制不清楚。PD-1/PD-L1可能参与SLE的发生和发展，与SLE疾病活动度和严重程度有关，可认为它们是防治SLE的一个靶点。值得思考的是，阻断PD-1增加T细胞增殖，同时也可能加剧SLE活动度，但靶向消除或减少PD-1+细胞可改善部分自身免疫性疾病，可认为PD-1+细胞可能是引起SLE和其他自身免疫性疾病的主要效应细胞或者PD-1途径对SLE和其他自身免疫性疾病有双向调节作用，但具体机制有待进一步研究。

4 PD-1/PD-L1与RA

RA是一种累及多系统、以慢性炎症为主的自身免疫性疾病，由大量的炎症因子驱动，目前其发病机制尚不清楚且无较好的根治方法。免疫应答紊乱及免疫失衡在RA中扮演重要角色，而T细胞、B细胞、NK、DC、肥大细胞、巨噬细胞和血小板的浸润被认为参与RA特定滑膜组织的损伤，其中，T细胞和B细胞共同作用产生免疫复合物和致病性自身抗体，例如类风湿因子(rheumatoid factor,RF)和抗瓜氨酸抗体[67]。近年，有文献报道靶向PD-1抗体和CTLA-4抗体的抑制剂会导致或加剧RA[68]，可认为PD-1/PD-L1在RA中有重要作用，靶向阻断PD-1与PD-L1结合可能是RA的一个致病因素。

已报道RA患者的血清和关节腔滑液均检测出可溶性PD-1(soluble PD-1,sPD-1)，且sPD-1表达水平与RF滴度呈正相关[69-71]。众所周知，RF滴度与RA疾病活动有关。有研究发现sPD-1表达在RA进展中起重要作用，可推测sPD-1是否与RA疾病活动度有关[72]。此外，sPD-1参与人和鼠RA外周T细胞应答的调节，部分炎症因子(如TNF-α、IL-6和IL-1β)可上调sPD-1破坏PD-1的T细胞抑制作用[34,71]。已知PD-1下调可引起自身反应性T细胞异常活化和炎症因子产生增加，sPD-1可能通过下调PD-1参与RA的发生和发展。所以，sPD-1可能成为判断RA疾病活动和疾病进展的更为敏感的生物标志物。

滑膜组织和滑膜淋巴细胞PD-1在RA早期表达增加且与RA炎症等级相关，而PD-L1在RA各阶段表达均增加；RA疾病进展期，PD-1抑制性信号传导下调，归因于血清sPD-1增加和PD-L1在早期RA中不能与滑膜表达的PD-1相互作用[72,73]。在RA滑膜组织的淋巴细胞中，PD-L1主要在CD4+T细胞和CD8+T细胞上表达[74]。PD-L1+调节性B细胞在RA患者中显著减少，但在治愈后增加，例如CD19+PD-L1+B细胞、CD24hiCD38 PD-L1+B细胞和CD24hiCD38hiPD-L1+B 细胞[75]。以上所述表明PD-1/PD-L1参与RA免疫失调，而PD-L1+T细胞、PD-L1+B细胞和部分炎症因子可能为未来的治疗策略提供新的思路。

综上，可认为sPD-1可通过干扰或阻断PD-1/PD-L1途径促进或导致RA的发生和发展，sPD-1有望成为RA诊断、治疗及预后的生物学标志物。PD-1/PD-L1途径可能对RA的治疗和控制疾病活动有潜在作用，但它们对RA的具体机制尚不明确，上述的靶向消除或减少PD-1+细胞是否也是RA的一个防治策略，需要进一步探究。

5 总结与展望

PD-1/PD-L1是机体免疫系统的强大调节剂，可通过它们抑制活化T细胞的增殖和分化，从而阻止自身免疫性疾病的发生和维持自身免疫耐受，在自身免疫性疾病、急慢性感染、肿瘤免疫和移植免疫中起重要作用。PD-1/PD-L1在RA等自身免疫性疾病中表达下调，可能参与自身反应性淋巴细胞的异常活化和炎症因子的产生，甚至自身抗体的产生，在SLE和RA等自身免疫性疾病的发生、发展和防治中起关键作用。以PD-1/PD-L1为靶点的免疫治疗可缓解自身免疫的炎症状态，对抗自身免疫性疾病的进展，有望为自身免疫性疾病的防治提供新的策略。