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      布魯氏菌病患者中PD-1和PD-L1的表達①

      2017-12-20 03:03:50張峰波朱玥潔張躍新張春桃甫拉提熱西提丁劍冰
      中國免疫學(xué)雜志 2017年12期
      關(guān)鍵詞:布病布魯氏菌病患者

      龐 盼 張峰波 朱玥潔 賈 斌 張躍新 張春桃 甫拉提·熱西提 丁劍冰

      (新疆醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院,烏魯木齊 830011)

      布魯氏菌病患者中PD-1和PD-L1的表達①

      龐 盼 張峰波②朱玥潔③賈 斌④張躍新④張春桃 甫拉提·熱西提 丁劍冰

      (新疆醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院,烏魯木齊 830011)

      目的研究程序性死亡受體1(PD-1)/與配體(PD-L1)以及相關(guān)細胞因子轉(zhuǎn)化生長因子-β(Transforming growth factor-β,TGF-β)和白細胞介素-10(Interleukin-10,IL-10)在布魯氏菌病(Brucellosis)患者中的變化。方法選取60例布魯氏菌病患者與60例健康志愿者,采用流式細胞術(shù)分別檢測其外周血單個核細胞(PBMC)中CD3+T細胞、CD4+T細胞、CD8+T細胞中PD-1的表達,以及樹突狀細胞(Dendritic cell,DC)中PD-L1的表達,同時采用流式液相多重蛋白定量技術(shù)(Cytometric bead array,CBA )檢測血清中TGF-β和IL-10的變化,采用Pearson法分析布魯氏菌病患者體內(nèi)PD-1與TGF-β及IL-10的相關(guān)性,并對34例布魯氏菌病治愈患者進行了追蹤隨訪。結(jié)果與正常對照組相比,布魯氏菌病患者組外周血中PD-1、PD-L1的表達及血清中TGF-β和IL-10的水平均明顯升高(P<0.01),而治愈組外周血中PD-1、PD-L1的表達及血清中TGF-β和IL-10的水平較治療前明顯降低(P<0.01),并且布魯氏菌病患者組PD-1的表達與TGF-β (r=0.817,P<0.01)及IL-10均呈正相關(guān)(r=0.835,P<0.01)。結(jié)論PD-1/PD-L1及TGF-β和IL-10在布魯氏菌病患者體內(nèi)高表達,可能共同參與了布魯氏菌對宿主免疫應(yīng)答的負性調(diào)控作用。

      PD-1;PD-L1;布魯氏菌?。患毎蜃?/p>

      布魯氏菌病(Brucellosis)簡稱“布病”,是由布魯氏菌(Brucella)感染引起的人畜共患病,在我國牧區(qū)流行較為嚴(yán)重,新疆是該病的高發(fā)地區(qū)之一,目前研究發(fā)現(xiàn)布病的發(fā)生與宿主免疫功能下降有關(guān)[1-4]。 我們前期檢測布病患者血清中可溶性負性協(xié)同刺激分子Tim-3(T-cell immunoglobulin and mucin domain-containing protein-3,Tim-3)和可溶性程序性死亡蛋白1(Programmed death-1,PD-1),發(fā)現(xiàn)布病患者血清中sTim-3和sPD-1升高,并存在Th1/Th2細胞的失衡[5,6]。負性協(xié)同刺激分子PD-1以膜型和可溶型兩種形式存在,屬于CD28/細胞毒性T淋巴細胞抗原4(Cytotoxic T lymphocyte antigen 4,CTLA-4)免疫球蛋白超家族,主要表達于活化的T細胞表面,在抗感染免疫中可下調(diào)或抑制T細胞的活化和某些細胞因子的產(chǎn)生,增強免疫抑制功能,從而使宿主對病原體的清除能力減弱[7-9]。程序性死亡分子配體(Programmed death ligands,PD-L1,B7-H1) 主要表達于樹突狀細胞(Dendritic cell,DC)表面[10,11]。許多研究證實膜型PD-1和PD-L1在結(jié)核病、肝炎以及艾滋病等感染性疾病中發(fā)揮重要的免疫抑制作用[12-14],但其在布病中的作用機制目前未見報道。本研究采用流式細胞術(shù)檢測布病患者組、治愈組以及健康對照組外周血中T細胞表面PD-1的表達,DC細胞表面PD-L1的表達,同時采用CBA檢測TGF-β及IL-10的變化,分析負性免疫分子PD-1/PD-L1和TGF-β及IL-10在布病感染治療前后的變化特點。

      1 資料與方法

      1.1資料 收集2016年1月~2017年4月在新疆醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院感染科就診的60例門診患者,年齡5~80歲,中位年齡為45歲,其中男性患者49例,女性患者11例。收集34例布病患者治愈組,年齡6~78歲,中位年齡43歲,其中男性患者26例,女性患者8例。布病病例組納入標(biāo)準(zhǔn):布病的診斷參照2012年我國頒布的《布魯氏菌病診療指南(試行)》標(biāo)準(zhǔn)[15]:有流行病學(xué)史,臨床表現(xiàn)為發(fā)熱、多汗、骨關(guān)節(jié)痛、睪丸痛、全身乏力等癥狀,血清學(xué)檢查中虎紅平板凝集試驗陽性,試管凝集試驗(SAT)滴度為1∶100及以上或菌培養(yǎng)陽性,排除傷寒、副傷寒、風(fēng)濕熱及結(jié)核、敗血癥等疾病。同時選取60例同期體檢的健康人群作為正常對照組,年齡性別均與病例組無統(tǒng)計學(xué)差異。所有對照及患者均簽署知情同意書,實驗經(jīng)新疆醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院倫理學(xué)委員會批準(zhǔn)(20150225-94)。

      1.2方法

      1.2.1樣本處理 將收集到的60例布病患者組、34例治愈組以及60例對照組的全血標(biāo)本均經(jīng)2 000 r/min離心10 min,吸取上清于EP管中;將剩下的血細胞吸取至15 ml離心管中,加入與血細胞等體積的PBS用巴氏管輕輕吹打混勻,再取與血細胞等體積的淋巴細胞分離液(北京索萊寶|P8610|人外周血淋巴細胞分離液)注入50 ml離心管中,將與PBS充分混勻的血細胞用巴氏管沿管壁緩慢注入50 ml離心管中,2 000 r/min離心20 min,提取單核細胞。

      1.2.2TGF-β和IL-10的檢測 采用CBA技術(shù)檢測60例布病患者組、34例治愈組和60例正常對照組血清中TGF-β和IL-10(Cytometric Bead Array Human TGF-β、IL-10 Cytokine Kit,BD公司)的水平,標(biāo)準(zhǔn)品梯度稀釋濃度依次為 5 000、2 500、1 250、625、312.5、156、80、40、20、0 pg/ml,實驗步驟嚴(yán)格按照試劑盒說明書進行操作,用流式細胞儀分析讀取數(shù)據(jù)(流式細胞儀為德國美天旎生物技術(shù)有限公司產(chǎn)品),根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計算樣品中TGF-β和IL-10的水平。

      1.2.3PD-1和PD-L1的檢測 用提取的單核細胞分別檢測布魯氏菌患者組、治愈組、對照組T細胞表面的PD-1和DC細胞表面的PD-L1。在T細胞流式管中分別加入APC標(biāo)記的CD3、Percp 標(biāo)記的CD4、FITC 標(biāo)記的CD8、PE 標(biāo)記的PD-1單克隆抗體,分別為1 μl、2 μl、2 μl、2 μl;在DC細胞流式管中分別加入Percp 標(biāo)記的CD11c、PE 標(biāo)記的PD-L1、PE-cy7 標(biāo)記的HLA-DR 單克隆抗體各2 μl(所有流式單克隆抗體均購自BD公司,流式細胞儀為德國美天旎生物技術(shù)有限公司產(chǎn)品),室溫避光15 min 后,用PBS 洗滌2 次,PBS 重懸細胞,調(diào)整細胞密度為1×106ml-1。上機檢測至少10 000 個細胞,采用FSC/SSC 雙參數(shù)設(shè)門,分析PD-1;采用FSC/SSC 雙參數(shù)設(shè)門,再用HLA-DR/CD11c設(shè)門,選定HLA-DR+CD11c+細胞即為DC,進一步分析DC表面PD-L1 表達情況。

      2 結(jié)果

      2.1布病患者基本資料情況 收集的60例布病患者均有流行病學(xué)史、經(jīng)虎紅實驗陽性確診為布病的患者?;厩闆r如表1、2所示。

      2.2布病患者組、治愈組和正常對照組PD-1和PD-L1的表達 本研究用流式細胞儀分析T細胞表面PD-1,結(jié)果顯示,與正常對照組相比,布病組PD-1在CD3+T細胞、CD4+T細胞和CD8+T細胞表面的表達均明顯增高(P<0.01),而治愈組PD-1在CD3+T細胞、CD4+T細胞和CD8+T細胞表面的表達較治療前明顯降低(P<0.01)。見表3,圖1、2。

      2.3布病患者組、治愈組和正常對照組血清中TGF-β和IL-10的水平 本研究用CBA法檢測出布病患者組、治愈組和正常對照組血清中TGF-β的水平分別為(912.77±91.05)pg/ml、(418.19±63.40)pg/ml、(406.59±67.35)pg/ml,與正常對照組相比,布病患者組TGF-β的水平明顯增高(P<0.01),而治愈組TGF-β的水平較治療前明顯降低(P<0.01);用CBA法檢測出布病患者組、治愈組和正常對照組血清中IL-10的水平分別為(27.18±5.88)pg/ml、(5.48±1.79)pg/ml、(5.10±1.31)pg/ml,與正常對照組相比,布病患者組IL-10的水平明顯增高(P<0.01),而治愈組IL-10的水平較治療前明顯降低(P<0.01),見圖3。

      2.4布病患者PD-1的表達與TGF-β 和IL-10的相

      表1布病患者的臨床特征

      Tab.1ClinicalcharacteristicsofpatientswithBrucella

      CharacteristicsCategoriesNumber(percentage,%)ofpatients(n=60)ThehistoryofepidemiologyBreedingandcontacthistoryofcattleandsheep57(95%)Eatingundercookedmeatanddairyproducts3(5%)Fever37-37.9℃2(3%)38-38.9℃24(40%)≥39℃34(57%)WeakYes60(100%)HyperhidrosisYes58(97%)No2(3%)ArthrodyniaYes56(93%)No4(7%)GenderMalepatients49(82%)Femalepatients11(18%)Age(years)≥45years34(57%)<45years26(43%)AST1∶1006(10%)1∶20012(20%)1∶40042(70%)

      關(guān)性 本研究用流式細胞術(shù)檢測出PD-1在布病患者外周血單核細胞上表達增高,利用CBA法檢測出TGF-β 和IL-10在布病患者血清中水平增高。通過Pearson 法分析布病患者體內(nèi)PD-1與TGF-β 和IL-10的相關(guān)性,發(fā)現(xiàn)布病患者體內(nèi)PD-1的表達與TGF-β(r=0.817,P<0.01)和IL-10(r=0.835,P<0.01)的水平均呈明顯的正相關(guān),見圖4。

      圖1 布病患者組、治愈組和對照組CD3+T細胞、CD4+T細胞和CD8+T細胞表面PD-1的表達Fig.1 Expression of PD-1 on CD3+T cells,CD4+T cells and CD8+T cells in brucellosis patients group(A),cured group(B) and control group(C)Note: A.The expression of PD-1 on CD3+T cells,CD4+T cells and CD8+T cells of brucellosis patients group;B.The expression of PD-1 on CD3+T cells,CD4+T cells and CD8+T cells of cured group;C.The expression of PD-1 on CD3+T cells,CD4+T cells and CD8+T cells of control group.

      表2布病患者組、治愈組和正常對照組急性炎癥因子

      Tab.2Brucellosispatientsgroup,curedgroupandnormalcontrolgroupofacuteinflammation

      GroupsNumber(n)Procalcitonin(ng/ml)IL-6(pg/ml)Hs-CRP(mg/ml)WBC(×109L-1)Neutrophils(%)Brucellosis607.94±1.211)59.11±2.691)31.4±2.681)11.9±1.281)0.83±0.021)Cured340.99±0.012)2.76±0.672)1.06±0.022)5.23±1.352)0.43±0.012)Control600.28±0.122.28±0.430.57±0.014.01±0.850.46±0.02

      Note:Compared with control group,brucellosis patients group had the higher acute inflammation expression,1)P<0.01;while in the patients receiving follow-up cured,the acute inflammation expression were remarkably lower than those in pretherapy,2)P<0.01.

      表3布病患者組、治愈組和正常對照組PD-1和PD-L1的表達

      Tab.3ExpressionofPD-1/PD-L1inbrucellosispatientsgroup,curegroupandcontrolgroup

      GroupsNumber(n)PD-1(%)CD3+TcellCD4+TcellCD8+TcellPD-L1(%)DCcellBrucellosis6048.71±6.431)42.72±5.061)77.30±5.891)60.10±7.431)Cured349.97±1.022)4.12±1.032)10.10±1.042)9.83±1.262)Control606.74±1.476.67±1.038.83±1.578.18±1.04

      Note:Compared with control group,brucellosis patients group had the higher PD-1/PD-L1 expression,1)P<0.01;while in the patients receiving follow-up cured,the PD-1/PD-L1 expression were remarkably lower than those in pretherapy,2)P<0.01.

      圖2 布病患者組、治愈組和對照組PD-L1的表達Fig.2 Expression of PD-L1 in brucellosis patients group,cured group and control group

      圖3 各組血清中TGF-β和IL-10的水平Fig.3 Comparison of serum TGF-β and IL-10 in 3 groupsNote: *.P<0.01,brucellosis group and control group; #.P<0.01,brucellosis group and cured group.

      3 討論

      PD-1/PD-L1在宿主體內(nèi)發(fā)揮重要的負性調(diào)控作用,主要通過向T細胞內(nèi)傳遞抑制信號,阻礙效應(yīng)T細胞活化和增殖,參與自身免疫病、腫瘤和感染性疾病的發(fā)生發(fā)展[16-18]。通常PD-1主要表達于活化的T細胞表面,而PD-L1分布較為廣泛,在T細胞、B細胞以及抗原提呈細胞等表面均有表達,DC細胞屬于專職抗原提呈細胞,能夠激活初始和記憶性CD8+T細胞、CD4+T細胞和B細胞,在免疫應(yīng)答的啟動、調(diào)控及維穩(wěn)中發(fā)揮重要作用[19]。因此,本研究通過檢測布病患者T細胞表面PD-1和DC細胞表面PD-L1,發(fā)現(xiàn)布病患者組CD3+T細胞、CD4+T細胞和CD8+T細胞表面PD-1的表達與DC細胞表面PD-L1的表達均高于正常對照組,而治愈組PD-1與PD-L1的表達較治療前明顯降低,推測在布病患者體內(nèi)PD-1發(fā)揮著重要的負性調(diào)控作用,抑制T細胞的免疫功能,使布魯氏菌發(fā)生免疫逃逸;當(dāng)布病患者體內(nèi)T細胞表面PD-1高達到一定程度時,與DC細胞表面的PD-L1結(jié)合,PD-1/PD-L1通路形成,抑制DC細胞的抗原提呈作用,進而使T細胞的功能減弱,分泌的相關(guān)細胞因子減少,不利于布魯氏菌的清除。

      圖4 PD-1與TGF-β和IL-10的相關(guān)性Fig.4 Correlation analysis of PD-1 with TGF-β and IL-10

      TGF-β和IL-10是具有免疫抑制作用的主要細胞因子,大多由調(diào)節(jié)性T細胞(Regulatory cell,Treg)分泌,Treg細胞可分為天然產(chǎn)生的自然調(diào)節(jié)性T細胞(nTreg)和誘導(dǎo)產(chǎn)生的適應(yīng)性調(diào)節(jié)性T細胞(aTreg 或 iTreg),如Th3、Tr1,其中Tr1細胞分泌IL-10,Th3細胞分泌TGF-β[20]。研究表明,Treg細胞在布魯氏菌感染中可通過分泌細胞因子TGF-β和IL-10抑制T細胞的免疫應(yīng)答[21-23]。本研究通過檢測布病患者組、治愈組和對照組血清中TGF-β和IL-10的水平發(fā)現(xiàn),布病組TGF-β和IL-10的水平明顯高于正常對照組,而治愈組TGF-β和IL-10的水平較治療前明顯降低,推測在布魯氏菌感染過程中Treg細胞增多,分泌的相應(yīng)細胞因子功能增強。關(guān)于PD-1/PD-L1的研究報道發(fā)現(xiàn),TGF-β可通過激活Smad3信號上調(diào)PD-1,進而抑制T細胞的功能[24]。Diana等[25]在研究腫瘤疫苗時發(fā)現(xiàn),IL-10增加可抑制抗原提呈細胞(Antigen presenting cell,APC)的功能,抑制T細胞活化,同時可作用于DC細胞上調(diào)PD-L1。本研究通過分析布病患者體內(nèi)PD-1與TGF-β和IL-10的相關(guān)性,發(fā)現(xiàn)布病患者體內(nèi)PD-1的表達與TGF-β和IL-10的水平均呈明顯的正相關(guān),推測在布魯氏菌感染中Treg可能增高,其分泌的相關(guān)性細胞因子TGF-β和IL-10也隨之增多,TGF-β可能通過激活Smad3信號上調(diào)PD-1,IL-10可能通過作用于DC細胞上調(diào)PD-L1,有利于PD-1/PD-L1信號通路的形成,傳遞大量的負性刺激信號,在布魯氏菌感染中起著重要的負調(diào)控作用。

      綜上所述,在布魯氏菌感染中,TGF-β和IL-10表達增高使PD-1/PD-L1通路被激活,負調(diào)控機體的免疫應(yīng)答,抑制T細胞的殺菌功能,使布魯氏菌不能被有效清除,導(dǎo)致機體持續(xù)感染。若能研制出下調(diào)TGF-β、IL-10、 PD-1和PD-L1的靶向藥物,布病將可能會得到很好的控制。

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      ExpressionofPD-1andPD-L1inpatientsinfectedwithBrucella

      PANGPan,ZHANGFeng-Bo,ZHUYue-Jie,JIABin,ZHANGYue-Xin,ZHANGChun-Tao.REXITI·Fulati,DINGJian-Bing.

      CollegeofPreclinicalMedicine,XinjiangMedicalUniversity,Urumqi830011,China

      Objective:To investigate the roles of PD-1 and PD-L1,as well as related cytokines TGF-β and IL-10 in patients infected with Brucella.MethodsThe expression of PD-1/PD-L1 in peripheral blood mononuclear cell CD3+T cells,CD4+T cells,CD8+T cells,and dendrites cells was detected by flow cytometry in 60 patients infected with Brucella and 34 patients receiving follow-up cured and 60 healthy controls,the serum levels of TGF-β and IL-10 were detected by CBA.The correlations of PD-1 with TGF-β and IL-10 levels in patients infected with Brucella were analyzed by pearson correlation test.ResultsCompared with control,brucellosis patients had the higher PD-1/PD-L1,TGF-β and IL-10 expression (P<0.05),while in the patients receiving follow-up cured,the PD-1/PD-L1,TGF-β and IL-10 were remarkably lower than those in pretherapy (P<0.01),the change of PD-1 was positively correlated with the levels of TGF-β (r=0.817,P<0.01) and IL-10 (r=0.835,P<0.01).ConclusionHigh expression of PD-1/PD-L1 and TGF-β and IL-10 in patients with Brucella may be involved in the negative regulation of Brucella on host immune response.

      PD-1;PD-L1;Brucellosis;Cytokine

      10.3969/j.issn.1000-484X.2017.12.017

      R392.11R378.5

      A

      1000-484X(2017)12-1838-05

      ①本文為國家自然科學(xué)基金項目(81560322)、新疆維吾爾自治區(qū)自然科學(xué)基金項目(2015211C100)和新疆醫(yī)科大學(xué)科學(xué)創(chuàng)新基金(XYDCX201507)。

      ②新疆醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院檢驗科,烏魯木齊 830011。

      ③新疆醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院生殖助孕科,烏魯木齊 830011。

      ④新疆醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院感染科,烏魯木齊 830011。

      龐 盼(1990年-),女,在讀碩士,主要從事布魯氏菌感染方面的研究,E-mail: 2449579487@qq.com。

      及指導(dǎo)教師:丁劍冰(1960 年-),女,博士,教授,免疫教研室主任,博士生導(dǎo)師,主要從事感染免疫和生殖免疫方面的研究, E-mail: djbing002@sina.com。

      [收稿2017-06-21 修回2017-08-08]

      (編輯 倪 鵬)

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