基于PD-1/PD-L1信号通路的肝棘球蚴病免疫逃逸研究
时间：2023-06-23 13:00:07 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
杨康洁， 芦永良， 鄂维建
1 青海大学 医学院， 西宁 810000；
2 青海大学附属医院 检验科， 西宁 810000
肝棘球蚴病是由棘球蚴感染并侵犯哺乳动物肝脏所致的一种严重的肝脏寄生虫疾病[1]，已被世界卫生组织(WHO)列为17种被忽视疾病之一，主要分为两种，分别是由细粒棘球蚴感染肝脏所致的肝囊型棘球蚴病(hepatic cystic echinococcosis，HCE)和由多房棘球蚴感染肝脏所致的肝泡型棘球蚴病(hepatic alveolar echinococcosis，HAE)。肝棘球蚴病呈全球性分布，在我国主要分布于我国青藏高原及其周边地区，如新疆、西藏和青海等[2]，其早期症状不明显且潜伏期较长，致使检出和采取治疗措施为时已晚。据调查，全球患病率为8.1%，HCE病死率为2%～4%，HAE发病率为0.03/10万～1.2/10万，病死率>90%[3]，在我国患病率为0.5%～5.0%[4]，检出率为0.71%[5]，这在一定程度上，加重了当地人们的疾病负担，严重危害了世界公共卫生安全。
在肝棘球蚴病的研究中，发现程序性死亡受体1(programmed death 1，PD-1)和程序性死亡配体1(PD-1 ligand，PD-L1)作为一对免疫负性共刺激分子，其PD-1/PD-L1信号通路可诱导机体组织免疫耐受，负向调控宿主的免疫反应，参与肝棘球蚴病的免疫逃逸。据研究[6]表明，阻断该通路，可减少T淋巴细胞的凋亡及耗竭，增强机体的免疫功能，提高机体抵抗肝棘球蚴病的能力。本文就PD-1/PD-L1信号通路在肝棘球蚴病免疫逃逸中的作用机制展开综述。
1.1 PD-1/PD-L1的分子结构 PD-1是一种广泛存在于细胞表层的Ⅰ型跨膜单体糖蛋白，属于CD28免疫球蛋白超家族中一员，也称为CD279。最早是由Ishida等[7]采用减数杂交技术在小鼠细胞系上分离得到，其基因被证实定位于人类染色体2q37.3和CTLA-4基因上，其氨基酸序列与CTLA4相似度达20%，与CD28相似度达15%，与诱导的T淋巴细胞共刺激因子相似度达13%。PD-1由胞内区、跨膜区和胞外区组成，胞内区包括N端的免疫受体酪氨酸抑制基序 (immunoreceptor tyrosine-based inhibitory motif，ITIM)和C端的免疫受体酪氨酸转换基序(immunoreceptor tyrosin-based switch motif，ITSM)；
胞外区由一个含多个被重度糖基化的糖基化位点的IgV样结构域组成。其主要分布在活化的T淋巴细胞、B淋巴细胞、NK细胞、单核细胞及树突细胞等免疫细胞上[8]。
PD-L1(又称为B7-H1或CD274)属于B7家族，是一种由胞外区结构域、疏水性跨膜区和胞内区组成的Ⅰ型跨膜蛋白，是PD-L1的配体之一，位于人体9号染色体短臂24区2带 (9p24.2)[9]，主要表达于静息T淋巴细胞、B淋巴细胞、树突状细胞、巨噬细胞，可影响CD8+细胞的免疫环境、辅助性T淋巴细胞(Th)1细胞因子和化学因子的产生和干扰素的基因表达特征[10]。
1.2 PD-1/PD-L1信号通路作用机制 信号通路是指接收细胞外分子信号并将其传入细胞内，引起细胞发挥效应的一系列酶促反应通路，主要通过添加或去除磷酸基团，改变或恢复下游蛋白的构象，实现上游蛋白调节下游蛋白活性的作用。其家族庞大且种类繁多，不同信号通路之间错综复杂，相互影响[11]。
针对PD-1/PD-L信号通路机制，现已有广泛研究。PD-1和PD-L1信号分子均存在可溶性和细胞膜型两种形式，其中，可溶性PD-1(sPD-1)与可溶性PD-L1(sPD-L1)主要发挥类似细胞因子的作用，与膜型分子共同参与机体免疫调控。膜型PD-1(mPD-1)和膜型PD-L1 (mPD-L1)主要组成PD-1/PD-L1信号通路[12]。
PD-1/PD-L1信号通路在免疫逃逸机制中一直扮演着至关重要的角色[13]。当PD-1与PD-L1结合后，形成信号通路，会在宿主体内经过一系列复杂的调节机制，与多种信号通路相互作用，参与T、B淋巴细胞免疫应答，抑制机体免疫系统的功能，实现免疫逃逸。其主要作用的信号通路如下。
(1)PD-1/PD-L1信号通路与PI3K/Akt通路：PD-1在免疫应答下重新分配并聚集于免疫突触，与抗原呈递细胞上PD-L1形成PD-1/PD-L1信号通路，使PD-1胞内段ITIM结构域中的酪氨酸发生磷酸化，进而募集含Src同源域2(Src homology domain 2，SH2)蛋白酪氨酸磷酸酶2(SH2-containg protein tyrosine phosphatase 2，SHP-2)和SHP-1，抑制ZAP70，干扰CD28介导PI3K活化，使PI3K和AKT发生去磷酸化[14]，阻断了PI3K/AKT通路，达到了抑制免疫细胞增殖分化、促进细胞凋亡、抑制能量生成和抑制信号传递的目的[15-16]。
(2)PD-1/PD-L1信号通路与雷帕霉素靶蛋白(mTOR)信号通路：PD-L1可下调AKT /mTOR，促进磷酸酶及张力蛋白同源物表达，同时，被抑制的PI3K/AKT通路也可影响mTOR，在这两方面因素下mTOR信号通路被阻断，失去促进物质代谢、参与细胞凋亡自噬的效应[17]。
(3)PD-1/PD-L信号通路与Raf/MEK/ERK通路：Raf/MEK/ERK通路又称MAPK信号通路，可调节细胞增殖、转化、分化和凋亡[18]，PD-1/PD-L1信号通路形成后，PD-1募集的SHP-2和SHP-1负性调节下游丝氨酸-苏氨酸蛋白激酶磷酸化、抑制RAS和ZAP70及细胞外调节ERK活化，从而抑制MAPK信号通路。
(4)PD-1/PD-L信号通路与JAK-STAT信号通路：JAK-STAT信号通路能够调节机体免疫细胞的增殖分化与凋亡[19]。PD-1/PD-L1信号通路中免疫受体酪氨酸基序发生磷酸化，酪氨酸磷酸酶在胞内区富集，影响JAK-STAT信号通路[20]。
PD-1/PD-L1信号通路与以上及更多信号通路作用来导致机体出现的主要结果有：
(1)基因蛋白表达异常。在PD-1/PD-L1信号通路下，抗凋亡基因Bcl-xL和转录因子如GATA-3、Tbet、和Eomes的表达受到抑制，阻碍相关细胞周期进展，影响相关细胞因子的表达[21]。
(2)细胞因子表达异常。PD-1/PD-L1信号通路有效抑制TNFα、IFNγ分泌，选择性促进IL-10、TGFβ1分泌。
(3)免疫细胞分布异常。PD-1/PD-L1信号通路促进CD4+T淋巴细胞向Foxp3+调节性T淋巴细胞(Treg)分化，抑制CD4+T淋巴细胞向Th1和Th17细胞分化[22]。在基因蛋白和细胞因子异常的基础上，PD-1/PD-L1信号通路抑制CD4+和CD8+T淋巴细胞的增殖，使细胞周期停留在G0/G1期，诱导激活T淋巴细胞的凋亡，抑制效应性T淋巴细胞活性。同时，PD-1/PD-L1信号通路还可作用于细胞能量代谢，阻滞T淋巴细胞的增殖与分泌[23]和机体免疫应答。另外，PD-1 /PD-L信号通路还可抑制B淋巴细胞的级联活化[24]和改变单核细胞功能[25]。
简言之，PD-1/PD-L1信号通路可负向调控相关基因表达、细胞因子分泌以及T淋巴细胞、B淋巴细胞和单核细胞等免疫细胞的活化(图1)。
图1 PD-1/PD-L1信号通路作用机制简图
2.1 肝棘球蚴病的免疫逃逸 在复杂机理的作用下，机体免疫系统受到抑制并长期处于低水平免疫状态，导致病原体可以逃脱机体免疫系统的识别和攻击而在机体内正常生长和转移的现象，被称为免疫逃逸[26]。
当人们误食被棘球蚴污染的食物和水源时，其虫卵即有机会孵化为幼虫，幼虫穿透肠黏膜到达肝脏。通过内脏动静脉或淋巴管循环，病变可直接侵犯或转移扩散到其他器官，不经治疗的肝棘球蚴病其结局必然是致命的。研究其免疫逃逸机制能够在一定程度对其诊断、治疗产生积极作用， 在棘球蚴病中棘球蚴可实现免疫逃逸的机制有[27-28]：物理屏障，自身抗原改变，细胞毒作用，免疫调节和宿主先天免疫及遗传背景。总的来说，针对肝棘球蚴病的免疫逃逸理论有：宿主Th1/Th2免疫反应系统失衡，Th17/Treg免疫反应系统失衡和能量失衡理论。
2.2 PD-1/PD-L1信号通路与肝棘球蚴病的免疫逃逸(表1)
表1 目前PD-1/PD-L1信号通路参与肝棘球蚴病的免疫逃逸理论
2.2.1 Th1/Th2失衡理论 棘球蚴侵袭肝脏后，可激活宿主Th1反应和Th2反应，其中，Th1反应分泌IFNγ、IL-12等细胞因子，发挥激活巨噬细胞，杀伤胞内病原寄生物，阻止幼虫增殖和保护自身组织的作用。Th2反应分泌IL-4、5、6、10等细胞因子，抑制宿主免疫，促进虫体在宿主体内寄生，机体免疫系统的正常运转是处于免疫效应与免疫抑制的动态平衡。
在肝棘球蚴病中，宿主体内PD-1/PD-L1信号通路被激活，联合多种信号通路，使Th1细胞生长周期阻滞在G0/G1期，加速其细胞凋亡，抑制CD4+T淋巴细胞向Th1分化。Speiser等[29]指出若阻断PD-L1/PD-1信号通路可加速T淋巴细胞增殖，使T淋巴细胞恢复分泌功能。辛燕等[30]表明T淋巴细胞免疫球蛋白黏蛋白分子作为Th1型辅助细胞膜表面蛋白分子在肝棘球蚴病中表达较多。
在肝棘球蚴病发生发展时，宿主体内Th1反应逐渐转变为混合性Th1/Th2反应，进而导致Th1/Th2免疫反应失衡[31]。Newport等[32]用62例临床病例说明感染细粒棘球蚴患者体内Th2反应的细胞因子占主导地位。Mourglia等[33]采用PCR技术检测出患者体内Th2细胞因子表达远高于Th1细胞因子。同时，基质金属蛋白酶剪切出的sPD-L1，可与mPD-1相互结合产生负性调节信号[34]，阻断损伤信息的传递，加速机体分泌IL-10和TGFβ[35-36]，产生大量的“功能失调”或“耗竭”状态的CD8+T淋巴细胞亚群，打破机体免疫Th1/Th2平衡[37]。另外，也有研究[38]表明，患者体内T淋巴细胞在囊性包虫特异性抗原B的趋化下可表达大量Th2细胞，使机体适应性免疫应答向Th2反应偏移，造成Th1/Th2免疫反应系统失衡。
2.2.2 Th17/Treg失衡理论 在机体免疫系统中，Th17分泌IL-17、IL-26、IL-6等促炎因子与多种细胞表面受体结合，促进机体炎症反应，导致组织损伤；
调节性T淋巴细胞(Treg)分泌IL-35和TGFβ等抗炎因子，抑制炎症细胞因子释放，拮抗Th17的促炎效应。两者共同维持着机体内环境稳态[39]。
棘球蚴侵袭肝脏后，宿主免疫细胞膜上表达PD-1，感染细胞膜上表达PD-L1，体内PD-1/PD-L1信号通路被激活，使PD-1胞质区ITSM和ITIM结构域中蛋白酪氨酸发生磷酸化，引起下游一系列蛋白酶改变，阻断宿主体内PI3K/AKT通路，mTOR信号通路和Raf/MEK/ERK通路，协同JAK-STAT信号通路，产生拮抗CD28/B7作用，共同抑制抗凋亡基因Bcl-xL、转录因子RORγt和IFNγ的表达，促进转录因子Foxp3的表达，使转录因子RORγ的入核减少，Th17细胞的分化受到抑制，被Foxp3调节的Treg细胞分化增加[40]，使宿主体内Th17和Treg比例失衡。其中，PD-1/PD-L1信号通路相关联的PI3K/AKT通路起主要作用[41]。
在研究肝棘球蚴病时，Tuxun等[42]发现患者体内细胞因子IL-17和IL-23浓度较低，IL-10和TGFβ1浓度较高，出现IL-17/IL-10和RORγt/Foxp3比值明显降低现象。另外，PD-1/PD-L1信号通路能够产生拮抗CD28/B7的效应，促进CD4+T淋巴细胞向Foxp3+Treg分化，诱发Treg产生，造成Th17/Treg免疫反应系统失衡。
2.2.3 能量失衡理论 机体免疫细胞在受到棘球蚴刺激时会以能量作为支撑，通过满足效应T淋巴细胞增殖和分化所需能量发挥功效。而PD-1/PD-L1信号通路可调节初始T淋巴细胞激活代谢重编程，抑制宿主体内AMP-activated protein kinase (AMPK)、PPARy co-activator-1α (PGC-1α)信号通路、PI3K/AKT通路[43]和mTOR信号通路，影响免疫细胞吸收利用营养，阻碍免疫细胞能量补给。同时，T淋巴细胞激活也与线粒体的氧化磷酸化及糖酵解变化密切相关。CD4+Th有糖酵解反应和线粒体氧化磷酸化反应两种，CD4+Treg有氧化磷酸化反应、糖酵解反应和脂质氧化反应三种[44]，机体在PD-1/PD-L1信号通路下，不断向Treg发展，引起的Th1/Th2免疫反应系统失衡也会导致能量补给不足，导致肝棘球蚴病出现免疫逃逸现象。
另外，PD-1/PD-L1信号通路还可直接影响T淋巴细胞的正常免疫功能或直接导致T淋巴细胞的程序性凋亡。总之，PD-1/PD-L1信号通路在肝棘球蚴病的免疫逃逸机制研究主要针对于负向调节宿主免疫反应，PD-1/PD-L1信号通路是否对宿主基因等方面造成影响，还有待进一步研究。
近些年来，PD-1/PD-L1信号通路逐渐应用于肿瘤免疫治疗，有糖基化修饰PD-1/PD-L1或直接使用PD-1/PD-L1抑制剂及PD-1/PD-L1抗体进行免疫治疗等手段[45]。目前，针对肝棘球蚴病的临床治疗主要有服用药物、手术切除和肝移植三种[46]。PD-1/PD-L1信号通路可通过上述三种理论协助肝棘球蚴病免疫逃逸，阻断PD-1/PD-L1信号通路，维持Th1/Th2和Th17/Treg相对平衡，增强免疫效应的方法有望成为抗肝棘球蚴病免疫逃逸的一个重要治疗手段。
肝移植作为一种具有挑战性的肝脏外科技术，能够在一定程度上延长患者寿命。而肝移植后，移植排斥反应也是一个不可避免的问题[47]。研究[48]发现，激活PD-1/PD-L1信号通路可降低小鼠肝移植术后免疫移植排斥，保护机体肝脏免受免疫损伤。在未来，PD-1/PD-L1信号通路可作为一项评估肝移植术后排斥反应的免疫学指标。如今，PD-1/PD-L1信号通路在肝移植方面还有待研究。
综上所述，PD-1/PD-L1信号通路在肝棘球蚴病免疫逃逸中发挥着至关重要的作用，将PD-1/PD-L1信号通路作为免疫检查点治疗靶点，采用阻断PD-1/PD-L1信号通路的方式，激活患者自身免疫系统从而杀灭体内寄生的免疫疗法，将成为一种非常有前景的治疗肝棘球蚴病的手段[49]。
PD-1/PD-L1信号通路在肝棘球蚴病免疫逃逸中发挥的作用不容忽视。其可通过宿主Th1/Th2免疫反应系统失衡，Th17/Treg免疫反应系统失衡和能量失衡三个方面促进棘球蚴的免疫逃逸。
如今，虽然许多学者已对PD-1/PD-L1信号通路调控肝棘球蚴病免疫逃逸展开了相应的研究，发现该通路可负向调节T淋巴细胞活化，抑制淋巴细胞增殖及细胞因子产生，下调细胞毒性T淋巴细胞介导的杀伤作用，广泛参与免疫应答，是维持外周免疫耐受的重要机制。但对于PD-1/PD-L1信号通路的些许环节还存有疑问，对肝棘球蚴病如何具体实现免疫逃逸的具体机制暂不清楚， PD-1/PD-L1信号通路可影响多条信号通路，是否影响BCR信号通路，还有待深入研究。今后需要进一步研究PD-1/PD-L1信号通路参与肝棘球蚴病的致病机理和PD-1/PD-L1抑制剂参与肝棘球蚴病的治疗，为保障和提高患者生活质量继续探索。
利益冲突声明：所有作者均声明不存在利益冲突。
作者贡献声明：杨康洁负责资料分析和撰写论文；
鄂维建参与收集资料和修改论文；
芦永良负责指导撰写文章并最后定稿。
