B7-H3(CD276)在呼吸系统疾病中作用机制的研究进展

刘文洁 武帆

B7-H3分子也称为CD276分子,是B7家族的成员之一,在人类组织中广泛表达。近年研究显示,B7-H3与肺癌、支气管哮喘、感染性肺炎等呼吸系统疾病的发病及病情严重程度密切相关。早期研究发现B7-H3在人类多种器官组织静息细胞表达低,但在各类肿瘤、自身免疫性疾病以及感染性疾病细胞中高表达,在外周血淋巴细胞中不表达[1]。随着研究的深入,发现上述疾病血清可溶性B7-H3水平亦明显高于正常人群。可溶性B7-H3在活化的T细胞、单核细胞以及树突状细胞中表达,并可在血清中用ELISA法检测到。因此,本文对B7-H3的分子结构、表达形式、生物学活性及其在呼吸系统常见疾病中的作用机制、临床特征等进行综述,为指导临床早期诊断及判断预后提供帮助。

一、B7-H3的结构和表达形式

B7-H3是B7免疫球蛋白超家族成员之一,属于B7-CD28家族的免疫分子,最初从人类树突状细胞来源的cDNA文库中克隆而来,位于人染色体15q24.1上,由4.1kb大小的mRNA所编码[2],长度为951个碱基,由316个氨基酸组成,为Ⅰ型跨膜糖蛋白,在氨基酸端有一个信号肽,包括细胞外的免疫球蛋白样可变区(IgV)、恒定区(IgC)、跨膜区和45个氨基酸的包浆区[1-3],相对分子质量在45 000～66 000之间[4]。人类B7-H3基因由于剪接差异形成两种不同形式的剪切体:一种为2IgB7-H3又称B7-H3a,由IgV-IgC 2个免疫球蛋白结构域组成;另一种为4IgB7-H3又称B7-H3b,其分子胞外段由 IgV1 -IgC1 -IgV2 -IgC2 4个免疫球蛋白结构域组成[5]。基因序列研究发现,4IgB7-H3为 2IgB7-H3 串联外显子复制的结果,分子量为110KDa,4IgB7-H3在第一个C样结构域末端存在“PQRSPT”6个保守性氨基酸,而2IgB7-H3则不存在该段序列[6]。B7-H3有膜型(mB7-H3)和可溶性(sB7-H3)两种存在形式,mB7-H3存在于活化的T淋巴细胞、单核细胞、树突状细胞,可在基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase,MMP)的切割下脱落,形成sB7-H3[7]。实验证实[6],可溶性B7-H3仅来源于2IgB7-H3,而4IgB7-H3仅以膜型形式存在,保守性氨基酸PQRSPT的存在可能是导致4IgB7-H3不能被剪切成可溶性蛋白的原因。

二、B7-H3的免疫活性

B7-H3可作用于不同的T细胞亚群,影响宿主T细胞免疫应答过程。B7-H3最初被认为是共刺激分子,可刺激CD4+T、CD8+T细胞增殖,增强细胞毒性T细胞的诱导,在T细胞受体信号通路存在的情况下选择性地刺激干扰素γ(Interferon-γ,IFN-γ)的产生,促使T细胞向Th1分化,对肿瘤坏死因子-α(Tumor Necrosis Factor α,TNF-α)、白介素-6(Interleukin-6,IL-6)和白介素-8(Interleukin-8,IL-8)等也有上调作用[1,8]。然而另有学者证实,B7-H3也可通过抑制T细胞转录因子如激活蛋白-1(AP-1)、核因子Kappa-B(NF-κB)等的活性,抑制IFN-γ的分泌,因此被认为是共抑制分子[9-10]。目前的证据表明,B7-H3对T细胞产生两种不同效应的机制与两种不同的剪接体相关,2IgB7-H3促进T细胞的增殖和IFN-γ的产生,4IgB7-H3则抑制了T细胞的增殖及细胞因子的产生[6]。此外,B7-H3对NK细胞的活性也有抑制作用,在B7-H3基因缺陷小鼠体内NK细胞的百分比和绝对数量均增加[11],Liu等学者证实其机制与NK细胞表面CD16信号通路特异性激活有关[12],B7-H3的过表达降低了NK细胞的细胞毒性[13]。对于B7-H3的特异性受体目前尚无定论,研究发现B7-H3具有Toll样受体2(Toll-like-receptor 2,TLR2)依赖性,提示TLR2可能为B7-H3的受体分子[14],另有学者发现,B7-H3能与细胞表面的白细胞介素-20受体α亚基(IL-20RA)结合,表明B7-H3与IL-20细胞因子家族之间存在着未知的联系[15]。因此,B7-H3导致的机体的免疫功能紊乱、自稳态失衡及由此导致的免疫风暴可能是导致机体组织的炎性损伤的重要原因之一。

三、与呼吸系统疾病的关系

呼吸系统疾病是临床最常见的一类疾病,国内外研究发现,B7-H3与呼吸系统多种疾病的发生、发展以及病情预后有关。

1 B7-H3与肺癌

根据全球癌症最新统计报告显示,2020年肺癌占所有癌症新发病例的11.4%,占所有癌症死亡病例的18.0%,肺癌依然是致死率第一的恶性肿瘤[16]。研究证实,B7-H3在肺癌尤其在非小细胞肺癌(non-small cell lung cancer,NSCLC)组织中高表达,其水平与患者的临床预后成负相关[17],在肺腺癌患者血清中sB7-H3水平也高于健康人群。B7-H3通过PI3K/AKT、JAK2/STAT3和Raf/MEK/ERK1/2信号通路级联反应触发肺腺癌细胞中表皮生长因子受体(epidermal growth factor receptor,EGFR),促进肺腺癌的发生发展。目前已观察到B7-H3可降低EGFR突变的肺腺癌细胞药物治疗的敏感性[18]。国内研究发现[19],在肺腺癌中B7-H3高表达患者对表皮生长因子受体酪氨酸激酶抑制剂(epidermal growth factor receptor tyrosine kinase inhibitor,EGFR-TKI)靶向治疗更容易耐药,且耐药的发生时间更短,由此推测B7-H3有望作为避免或延缓肺腺癌EGFR-TKI靶向治疗发生耐药的潜在靶点。目前,B7-H3靶向嵌合抗原受体T细胞(chimeric antigen receptor T cell,CAR-T)已证实在小鼠和体外实验可抑制NSCLC生长,尤其对伴有IFN-γ和IL-2分泌的NSCLC效果明显[20-21],抗B7-H3单克隆抗体奥布尔他抗(8H9)已成功用于B7-H3(+)非小细胞肺癌患者的免疫治疗[22],并取得了良好的临床疗效。

B7-H3与肺腺癌调节转录因子1(ets-like protein 1,ELK1)结合,激活上皮-间叶转化(epithelial mesenchymal transition,EMT)途径促进肺腺癌的转移[23]。EMT使上皮细胞失去极性,并与周围的上皮组织分离,转化为具有游走能力的间质细胞。B7-H3可调控EMT相关因子的表达,通过PI3K/AKT通路上调SIRT1的表达,从而促进EMT与NSCLC转移相关的激活[24]。综上说明B7-H3在促进肺癌细胞增殖、侵袭和转移方面,可作为独立预测的指标。B7-H3靶向对肺癌的免疫治疗具有一定的临床指导意义。

2 B7-H3与支气管哮喘

支气管哮喘是临床上最常见的慢性气道炎症性疾病。研究发现支气管哮喘患儿血清B7-H3水平明显升高,急性发作期升高更显著,并与肺功能成负相关[25]。研究证实[10],B7-H3对Th2细胞存在正性调节作用,促使Th1/Th2平衡向Th2偏倚,在哮喘患者血清中sB7-H3与白介素-4(IL-4)水平呈正相关,IL-4是Th2细胞分泌的主要细胞因子,可趋化嗜酸性粒细胞聚集,诱导B细胞合成IgE抗体,引起喘息发作。Gu等[26]研究发现B7-H3融合蛋白通过上调Th2细胞GATA-3转录因子的表达而促进Th2细胞分化参与哮喘发展。此外,B7-H3在中性粒细胞哮喘对Th17/Treg细胞失衡发挥了重要作用,B7-H3可促进Th17细胞分化,并促进Th17细胞分化的关键受体维甲酸相关孤儿受体γt(RORγt)过表达,且对RORγt的作用存在剂量依赖性[27]。

哮喘患者存在微小RNA(miRNAs)异常表达,研究发现B7-H3与miR-29b成负相关,miR-29b表达上调后,肺组织B7-H3与信号转导子和转录激活子3(STAT3)表达水平下降,B7-H3与STAT3协同作用进一步增强Th2型炎症反应[28]。另有学者发现B7-H3对miR-29c也有相反的作用,B7-H3是miR-29c的直接靶基因,miR-29c通过与B7-H3-3'UTR位点结合,降解B7-H3 mRNA,使B7-H3表达降低,从而抑制哮喘发生[29]。因此sB7-H3有可能成为判断哮喘严重度及预后的生物学指标。但B7-H3在哪种类型的哮喘中促进疾病进展或控制病情发作,需进一步研究。

3 B7-H3在感染性肺炎中的作用机制

(1)B7-H3与肺炎支原体肺炎 肺炎支原体(MP)是临床上常见的一种呼吸道病原体,目前普遍认为肺炎支原体肺炎(MPP)的发病机制主要集中在免疫损害学说,自身免疫抗体与细胞因子相互诱导,造成机体免疫反应过度紊乱导致疾病的发生。当机体被MP感染后,血浆及肺泡灌洗液(BALF)中sB7-H3的水平异常升高,且与疾病严重程度成正相关[30]。sB7-H3是MP感染后发病的主要炎症介质,sB7-H3通过参与TLR-4/NF-κB信号通路,促进Th2细胞因子IL-4、IL-10的分泌,加重肺部组织炎症损伤[31]。TLR-4也可激活NLRP3炎症小体,NLRP3炎症小体和 NF-κB 信号级联形成正反馈回路,与sB7-H3共同促进下游炎性因子IL-1β的分泌,导致细胞的程序化死亡[8,32]。另外在MP感染患者血清sB7-H3与IL-36水平成正相关,IL-36作为促炎因子可直接刺激初始CD4+T细胞增殖和促进IL-2的产生[33]。

在MPP中B7-H3水平同样受miR-29c调节,miR-29c/B7-H3/Th17轴在重症MPP中发挥重要作用,miR-29c水平降低,相应B7-H3水平升高,并与Th17细胞分泌的细胞因子IL-17水平呈正相关[34]。MP感染后B7-H3通过与炎症因子的相互作用及级联反应参与组织细胞凋亡,导致肺组织及其他组织器官的炎症损伤。然而MP感染后引起的免疫级联反应中哪种细胞因子占主导地位尚未十分明确。

(2)B7-H3与脓毒症及肺炎链球菌脑膜炎 B7-H3目前在细菌性肺炎的表达尚未见报道,但研究证实[35],细菌性脓毒症患者血浆sB7-H3水平增高,其水平高低与感染程度正相关,且该水平与临床结局和血浆TNF-α和IL-6水平相关,B7-H3通过TLR-4和TLR-2依赖机制放大了革兰氏阴性和革兰氏阳性细菌引发的炎症反应。

在小鼠肺炎链球菌(SP)脑膜炎模型中发现[14,36],B7-H3通过TLR-2信号机制增强小鼠脑内TLR-2下游NF-κB p65和MAPK p38通路的激活,进一步介导脑内炎症反应,同时B7-H3能够促使趋化因子如单核细胞趋化蛋白-1(monocyte chemoattractant protein-1,MCP-1)的表达增加,加剧脑损伤。B7-H3对脑损伤特异性标志物神经元特异性烯醇化酶(neuron-specific enolase,NSE)及中枢神经特异性蛋白(S100b)的基因表达也发挥了上调作用,血清水平越高,脑损伤的程度越重[37]。关于B7-H3在细菌和病毒性肺炎中的作用机制及对病情影响的研究尚少,尚需要更多的动物实验、体外实验及临床研究证实。

4 B7-H3与急性肺损伤

急性肺损伤(ALI)及其更严重的急性呼吸窘迫综合征(ARDS)是肺内过度的炎症反应,肺泡-毛细血管屏障破坏和肺水肿导致的气体交换严重受损。研究证实B7-H3通过抑制NF-κB p65的激活,并通过下调趋化因子配体2(CXCL2)的表达和释放,减弱脂多糖诱导的肺多形核中性粒细胞(polymorphonuclear neutrophils,PMN)趋化和跨内皮迁移,降低肺多形核中性粒细胞浸润及肺髓过氧化物酶(myeloperoxidase,MPO)的活性,从而显著减轻肺损伤[38]。

四、总结与展望

B7-H3作为B7家族新成员,逐渐被人们所认识,其分子结构及表达谱已经明确,但B7-H3的确切受体目前仍然未知。B7-H3的生物学功能复杂,其在免疫调节中可能存在共抑制和(或)共刺激作用,国内外研究发现,B7-H3与肺癌、支气管哮喘、肺炎支原体肺炎、细菌感染以及急性肺损伤均存在相关性。然而对B7-H3未来能否作为呼吸系统疾病的治疗靶点仍缺乏更多的临床研究,需更多的临床病例及多中心研究证实,特别是各种细菌及病毒所致的重症肺部感染。