PD-1/PD-L1通路在膿毒癥晚期免疫抑制作用中的研究進(jìn)展

蔡 威,范 駿

(南昌大學(xué)第二附屬醫(yī)院急診科,南昌 330006)

膿毒癥是由于宿主對(duì)感染的反應(yīng)失調(diào)而導(dǎo)致的威脅生命的器官功能障礙。隨著人口老齡化的加劇其發(fā)病率逐年上升,每年消耗大量的醫(yī)療資源[1]。膿毒癥是幾種途徑復(fù)雜相互作用的結(jié)果,包括炎癥、免疫激活、缺氧等。目前缺少針對(duì)性治療方案,前期的“集束化”治療,雖可幫助部分患者平穩(wěn)過渡,但部分患者會(huì)因晚期低免疫狀態(tài)導(dǎo)致的兇險(xiǎn)性感染而死亡[2-3]。有研究[4]通過對(duì)比多例ICU膿毒癥與非膿毒癥死亡患者的生化、流式細(xì)胞計(jì)數(shù)和免疫組織化學(xué)染色結(jié)果后,指出晚期膿毒癥患者存在免疫抑制的現(xiàn)象,表現(xiàn)為脾臟CD4、CD8等T淋巴細(xì)胞高表達(dá)程序性細(xì)胞死亡受體1(PD-1)并廣泛凋亡缺失。ZHANG等[5]研究發(fā)現(xiàn),膿毒癥動(dòng)物T細(xì)胞、B細(xì)胞和單核細(xì)胞PD-1的高表達(dá),在應(yīng)用抗PD-1及抗程序性細(xì)胞死亡配體1(PD-L1)抗體后,可逆轉(zhuǎn)膿毒癥時(shí)T淋巴細(xì)胞耗竭,并顯著提高膿毒癥小鼠的存活率。本文將PD-1/PD-L1通路誘導(dǎo)晚期膿毒癥免疫抑制機(jī)制的研究進(jìn)展綜述如下。

1 PD-1/PD-L1通路結(jié)構(gòu)及其功能

PD-1(CD279)是于1992年在小鼠中首次發(fā)現(xiàn)的一種由228個(gè)氨基酸組成的I型跨膜糖蛋白,分子量為50～55 k Da,其由胞外免疫球蛋白可變型(V型)胞外區(qū)、跨膜區(qū)和執(zhí)行胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的胞漿尾部組成,后來被確認(rèn)為CD28家族成員。其有2個(gè)識(shí)別的配體,一是PD-L1,又稱為B7-H1或CD274;二是程序性死亡配體-2(PD-L2),也稱為B7-DC,CD273[6]。PD-1在活化的T細(xì)胞、自然殺傷細(xì)胞和B細(xì)胞上表達(dá),而PD-L1廣泛表達(dá)于造血細(xì)胞和非造血細(xì)胞[7]。PD-1的下游信號(hào)事件包括基于細(xì)胞內(nèi)免疫受體酪氨酸轉(zhuǎn)換基序(ITSM)和基于免疫受體酪氨酸的抑制基序(ITIM),它們招募酪氨酸蛋白磷酸酶SHP1和(或)SHP2,并由此發(fā)揮其抑制功能[8]。生理狀態(tài)下,機(jī)體可以通過PD-1/PD-L1途徑防止過度免疫細(xì)胞活動(dòng)導(dǎo)致的組織破壞和自身免疫;PD-L1在靜息淋巴細(xì)胞、抗原提呈細(xì)胞(APC)的低水平表達(dá),有助于保持促炎反應(yīng)中免疫動(dòng)態(tài)平衡和T細(xì)胞激活的高閾值,防止自身免疫的發(fā)生[9-11]。而在膿毒癥初期高炎癥反應(yīng)下,機(jī)體通過PD-1/PD-L1對(duì)免疫反應(yīng)的這種過度負(fù)性調(diào)控,導(dǎo)致晚期膿毒癥免疫抑制的發(fā)生[12]。

2 PD-1/PD-L1通路與晚期膿毒癥的免疫抑制

2.1 PD-1/PD-L1通路與T淋巴細(xì)胞功能障礙與凋亡

PD-1/PD-L1通路對(duì)T細(xì)胞功能調(diào)控主要通過以下途徑。一方面,在T細(xì)胞受體(TCR)介導(dǎo)的T細(xì)胞活化過程中,PD-1與其配體結(jié)合后可阻斷T細(xì)胞的增殖、細(xì)胞因子的產(chǎn)生和細(xì)胞溶解功能,并損害T細(xì)胞的存活[13]。PD-1激活后,將在胞漿中募集SHP-2去磷酸化TCR相關(guān)的ZAP70因子等,它們直接影響下游信號(hào)傳導(dǎo),降低細(xì)胞生存基因Bcl-x L和白細(xì)胞介素-2(IL-2)的表達(dá),IL-2的減少可直接影響CD8＋T細(xì)胞和CD4＋T細(xì)胞的功能[14]。另一方面,T淋巴細(xì)胞的激活需要快速的能量及大量代謝中間產(chǎn)物的供應(yīng),為了適應(yīng)細(xì)胞的代謝需求供能方式將從有氧糖代謝轉(zhuǎn)為無氧糖酵解,這一過程稱為代謝重編程。磷酸磷脂酰激酶-3/蛋白激酶B(PI3K/AKT)通路是其重要的信號(hào)通路,有研究[6,15-16]證實(shí),T細(xì)胞表面PD-1被激活后,其胞內(nèi)募集的募集SHP-2、SHP-1可阻斷T細(xì)胞TCR和CD28的共刺激信號(hào),對(duì)PI3K的激活,阻斷下游AKT、雷帕霉素靶蛋白(m TOR)信號(hào)傳導(dǎo),導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體1(Glut1)的表達(dá)降低,細(xì)胞代謝重編程過程受阻,T細(xì)胞活化障礙,見圖1。另外,PD-1募集的SHP2可以使酪蛋白激酶2(CK-2)去磷酸化誘導(dǎo)PTEN的激活,PTEN是PI3K/AKT通路的負(fù)性調(diào)控分子,它可以減少胞內(nèi)PI3K的數(shù)量,從而抑制T細(xì)胞的增殖和活化信號(hào)的傳遞[17]。

圖1 PD-1/PD-L1與T細(xì)胞糖代謝信號(hào)通路

2.2 PD-1/PD-L1通路與調(diào)節(jié)性T細(xì)胞

調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(Treg)是CD4＋T細(xì)胞的一種譜系特異性亞型。生理情況下,PD-1/PD-L1通路和Treg是終止免疫反應(yīng)的關(guān)鍵,PD-1途徑誘導(dǎo)的Tregs細(xì)胞有助于保持T細(xì)胞激活的高閾值,兩者任何一方的缺失都可能導(dǎo)致耐受性的崩潰和自身免疫的發(fā)展[7,18]。在存在轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β的炎癥部位,PD-1/PD-L1通路可促進(jìn)Treg的分化成熟,負(fù)性調(diào)控免疫反應(yīng)[7]。在膿毒癥期間Tregs表面PD-1呈現(xiàn)高表達(dá)同時(shí)細(xì)胞占比增高[19]。PI3K/AKT通路下游的m TOR,是Treg分化的重要信號(hào)分子,在m TOR受到抑制后CD4＋T細(xì)胞的激活不能分化為輔助性T細(xì)胞1型(Th1)、Th2和Th17亞群,轉(zhuǎn)而分化為Tregs細(xì)胞[20]。Treg則可通過以下途徑參與免疫調(diào)控:一方面Tregs細(xì)胞限制性轉(zhuǎn)錄因子叉頭盒蛋白-3(forkhead box protein 3,fox P3)負(fù)向調(diào)節(jié)IL-2轉(zhuǎn)錄,上調(diào)IL-2R表達(dá),使外源性IL-2成為Treg生存所必需;Treg表面高表達(dá)CD25(IL-2Rα)將競(jìng)爭(zhēng)性爭(zhēng)奪外源性IL-2,誘導(dǎo)效應(yīng)T細(xì)胞的凋亡[19]。另一方面,Tregs可以利用其表達(dá)的顆粒酶A和穿孔素,殺傷靶細(xì)胞來介導(dǎo)效應(yīng)T細(xì)胞或自然殺傷細(xì)胞的細(xì)胞溶解,來發(fā)揮其免疫抑制功能[21]。

2.3 PD-1/PD-L1途徑與髓原性抑制細(xì)胞

髓源性抑制細(xì)胞(MDSCs)是一組異質(zhì)性的未成熟髓樣細(xì)胞(IMCs),主要群體可分為粒細(xì)胞(PMN-MDSC)和單核細(xì)胞(M-MDSC)兩大類,有研究[22-23]證實(shí),它們可通過不同的機(jī)制抑制免疫反應(yīng),膿毒癥患者的MDSCs顯著增加。RUAN等[24]發(fā)現(xiàn),MDSCs及其亞群在小鼠盲腸穿刺結(jié)扎術(shù)后第1天減少,但在膿毒癥進(jìn)展期間持續(xù)增加,相較于MMDSC,PMN-MDSC所占比例更高,且在早期骨髓來源的PMN-MDSC中的PD-L1mRA水平也有升高;同時(shí)將高表達(dá)PD-1的PMN-MDSC與健康小鼠的脾細(xì)胞進(jìn)行體外共培養(yǎng),證實(shí)PMN-MDSC對(duì)T細(xì)胞的增殖具有較強(qiáng)的抑制作用。膿毒癥時(shí)PMN-MDSC作為主要亞群可能在早期就通過PD-1/PD-L1通路抑制淋巴細(xì)胞增殖,而參與膿毒癥免疫抑制,MDSCs的抑制活性可能由一氧化氮、S100A8和S100A9等蛋白介導(dǎo)[25]。

2.4 PD-1/PD-L1途徑與樹突狀細(xì)胞

樹突狀細(xì)胞(DC)是一種特殊細(xì)胞是專職提呈抗原給T淋巴細(xì)胞幫助其活化,是T細(xì)胞免疫反應(yīng)的主要激活因素,也可調(diào)節(jié)控制T細(xì)胞免疫耐受和免疫激活之間的平衡[26]。PD-L1與DC上表達(dá)的PD-1結(jié)合,導(dǎo)致DC凋亡增加、數(shù)量減少和成熟紊亂,減弱了T細(xì)胞的免疫活性[27]。LIU等[28]研究證實(shí),膿毒癥小鼠DC細(xì)胞表面PD-1表達(dá)上調(diào)伴隨組織相容性復(fù)合基因Ⅱ(MHC-Ⅱ)分子的減少,細(xì)胞活性減弱;將多器官功能障礙綜合征(MODS)期小鼠DC細(xì)胞與正常小鼠脾臟T細(xì)胞體外共培養(yǎng)發(fā)現(xiàn),正常脾T細(xì)胞增殖受到較強(qiáng)抑制,IL-2的分泌明顯減少;而在上述共培養(yǎng)系統(tǒng)中加入抗PD-L1抗體后上述情況得到改善。酪氨酸激酶-3配體(FLt3L)作為造血祖細(xì)胞發(fā)育和擴(kuò)增髓系和淋巴系所必需的細(xì)胞因子,可以減少感染引起的脾臟CD4＋和CD8＋T細(xì)胞的減少,下調(diào)脾臟樹突狀細(xì)胞PD-1的表達(dá)水平,提高燒傷創(chuàng)面膿毒癥小鼠的存活率[29]。由此可知,PD-1/PD-L1通路在膿毒癥免疫抑制中的影響是多層次的。

2.5 PD-1/PD-L1通路與單核細(xì)胞

有研究團(tuán)隊(duì)[30]選取膿毒癥和非膿毒癥患者,檢測(cè)他們外周血CD4＋T細(xì)胞、CD8＋T細(xì)胞和單核細(xì)胞上PD-1和PD-L1的表達(dá),認(rèn)為單核細(xì)胞PD-L1表達(dá)隨病情加重而逐漸升高,回歸變量分析也顯示單核細(xì)胞PD-L1表達(dá)是患者28 d病死率的獨(dú)立預(yù)測(cè)因子。XIA等[31]研究發(fā)現(xiàn),膿毒癥患者單核細(xì)胞吞噬功能失活、促炎細(xì)胞因子釋放減少,分泌功能減弱;在體外用抗PD-L1抗體阻斷PD-1/PD-L1通路后,單核細(xì)胞功能得到明顯改善,如關(guān)鍵細(xì)胞因子干擾素-γ和IL-2的表達(dá)得到一定程度恢復(fù)。綜上可以推測(cè),膿毒癥時(shí)PD-1單核細(xì)胞表達(dá)升高可能與單核細(xì)胞功能障礙存在密切的關(guān)系,是晚期膿毒癥患者抵抗力低下的又一原因。

3 膿毒癥聯(lián)合性治療靶點(diǎn)

PD-1/PD-L1、LAG3、TIM-3等免疫負(fù)性調(diào)控分子是膿毒癥聯(lián)合性治療靶點(diǎn)。WANG等[32]研究發(fā)現(xiàn),淋巴細(xì)胞激活基因3(LAG3)的激活可以抵抗腫瘤中抗PD-1/B7治療的效果。其他研究[33-35]證實(shí),LAG3和PD-1的雙重封閉比單獨(dú)封閉能產(chǎn)生更強(qiáng)大的抗腫瘤或抗病毒作用。有團(tuán)隊(duì)[36]發(fā)現(xiàn),膿毒癥患者LAG3和PD-1共表達(dá)的T細(xì)胞比例越高,則住院時(shí)間越長(zhǎng),病死率越高。另有研究[31]證實(shí),膿毒癥時(shí)T淋巴細(xì)胞和單核細(xì)胞中T細(xì)胞TIM-3和PD-1的表達(dá)升高;阻斷TIM-3和PD-1有助于淋巴細(xì)胞和單核細(xì)胞恢復(fù)功能。以上研究表明,晚期膿毒癥的免疫抑制是一個(gè)多因素參與、復(fù)雜的病理生理過程,PD-1/PD-L1通路及其他負(fù)性免疫調(diào)控因子在晚期膿毒癥患者的免疫抑制中存在協(xié)同作用。

4 結(jié)語與展望

PD-1/PD-L1通路在晚期膿毒癥患者的免疫抑制中起著關(guān)鍵作用?；颊呙庖吡Φ拖?機(jī)會(huì)致病菌的感染風(fēng)險(xiǎn)增加是晚期膿毒癥患者死亡的重要原因。晚期膿毒癥免疫抑制是多細(xì)胞、多種群、多層次參與的復(fù)雜病理生理過程?？筆D-1生物抗體在體內(nèi)和體外實(shí)驗(yàn)中取得一定成效,證實(shí)PD-1/PD-L1通路在晚期膿毒癥免疫抑制中的重要作用,也提示其作為治療靶標(biāo)的可行性。隨著對(duì)PD-1/PD-L1信號(hào)通路及其他負(fù)性免疫調(diào)控分子研究的不斷深入,晚期膿毒癥免疫抑制病理生理過程也將逐漸被闡明,這給膿毒癥的治療帶來更加可行有效的方案。