共刺激分子PD —1和Tim —3在HIV感染中的作用

張媛 馬克堅 宋娜麗 賀錚錚 楊玉琪

摘要：PD -1和Tim -3是近期發(fā)現的T細胞表面的共刺激分子，分別與其配體PD-I.和Galectin -9結合并傳遞抑制性的第二信號，在機體細胞免疫調節(jié)中發(fā)揮作用。研究發(fā)現共刺激分子PD -1、Tim -3以及它們的配體在HIV病毒感染中發(fā)揮非常重要的作用。本文主要介紹PD -1和Tim -3及其配體的結構與表達、PD -1和Tim -3與HIV感染及其表達水平與HIV感染病程進展的關系，探討其在艾滋病病情發(fā)展中的作用機制和治療方面的應用前景。

關鍵詞：PD -1；Tim -3；HIV感染

中圖分類號：R512. 91

文獻標志碼：A

文章編號：1007 - 2349（ 2015） 03 - 0073 - 03

在抗病毒免疫中，有效而強大的T細胞免疫應答是清除病毒的關鍵，而T細胞活化是細胞免疫應答中的一個重要環(huán)節(jié)。多數情況下，T細胞活化至少需要雙重信號的刺激，即除了通過抗原提呈細胞（ Antigen presenting cell APC）遞呈主要組織相容性復合體（ Major histocompatibility complex MHC）處理過的抗原給抗原特異性T或B細胞提供第一信號外，還需共刺激分子與相應配體的作用作為第二信號。程序性死亡分子I（ Programmed death -l PD -1）和T細胞免疫球蛋白及黏蛋白結構域分子3（T- cell immunoglobulin domain and mucindonlain molecule -3 Tim -3）是近期發(fā)現的T細胞表面的共刺激分子，它們在HIV感染過程中的免疫調節(jié)作用備受關注。本文對PD -1和Tim -3及其配體的結構與表達、PD -l和Tim -3與HIV感染及其表達水平與HIV感染病程進展的關系作一綜述。1 PD-1和Tim -3及其配體的結構與表達1.1

PD -1及其配體的結構與表達PD -1（也稱為CD279或PDCD1），最初是Ishida等[1]于1992年通過消減雜交技術存發(fā)生程序性死亡的T細胞上發(fā)現，分子量為55kDa，是單體型l型跨膜蛋白，屬于CD28/CTLA一4（cytotoxic T - lymphocyte-assoriated protein 4）免疫球蛋白超家族的免疫抑制性受體。人的PD -1基岡位于2q37.3位點，由5個外顯子和4個內含子組成，全長9. 6kb，其上游包含663bp的啟動子。PD -1分子結構由胞外區(qū)、跨膜區(qū)和胞內區(qū)構成，胞外區(qū)的氨基酸序列和CTLA-4有24%的同源性，和CD28具有28%的同源性，其基因主要有7個單核甘酸多態(tài)性位點[2]。PD -1可表達于人的T細胞、B細胞、自然殺傷T細胞、樹突狀細胞以及活化的單核細胞，通常PD -1只在活化的T細胞上表達，而在靜止期的T細胞是不表達的。

PD—l有兩個配體：PD - Ll（也稱B7 - Hl、CD274）和PD- L2（也稱B7 - DC、CD273），其基因均位于人的染色體9p24.2位點，大小為42kb。PD - Ll和PD -L2 與B7 -l（即CD80）、B7 -2（即CD86）、ICOSL（inducible co stimulator lig-and）有21%～ 27%的氨基酸序列同源性和結構相似笥，包括IgV樣區(qū)、IgC樣區(qū)、疏水跨膜區(qū)及一個短的胞漿區(qū)尾巴[3]，盡管PD - Ll和PD - L2有高度同源性，但是PD -L1和PD一L2對PD -l有不同的結合力。Youngnak等[4]通過流式細胞術和SPR（ surface plasmon resonance）技術證實PD - 12/PD -1的親和力是PD - Ll/PD -1親和力的2～6倍。PD -L1在淋巴組織及非淋巴組織中廣泛誘導性表達，參與對淋巴細胞的免疫調節(jié)，而PD - L2的表達則僅限于樹突狀細胞和激活的巨噬細胞。另外，在多種腫瘤細胞表面也發(fā)現PD-L1和PD -L2的表達[5-6]。1.2

Tim -3及其配體的結構與表達 Tim家族是McIntire等[7]于2001年研究哮喘易感基因時發(fā)現并定位克隆的…個新的基因家族，該基因家族在人和鼠體均存在人類Tim基因家族位于5號染色體上，包括3個成員（ Tim -I .Tim -3、Tim -4）。其中Tim -3是Tims家族中一個重要成員，其結構是由301個氨基酸組成的I型膜蛋白，其胞外部分包括1個寓含半胱氨酸的Ig樣區(qū)域和一個黏蛋白區(qū)域，Ig樣區(qū)包括4個保守的半胱氨酸，黏蛋白區(qū)富含蘇氨酸、絲氨酸和脯氨酸，早期研究認為Tim -3選擇性地表達在ThJ細胞表面，負調節(jié)Thl介導的免疫應答，近年來的研究表明Tim -3廣泛地表達于多種免疫細胞，如人類活化的CD4+T細胞、CD8+T細胞[8]，Ga-lectin -9是Tim -3的配體，屬于半乳凝素（Galectins）家族Galectins即p-半乳糖苷結合蛋白，廣泛表達在人和小鼠的脾臟和淋巴組織中，現有14種亞型，均含特征性的氨基酸序列，由大約130個高度保守的氨基酸序列組成糖識別結構域（ CRD）。Calectin -9南2個串聯的CRD通過一條肽鏈相連，分子量為36 kDa，具有p-半乳糖結合活性。編碼Galectin -9的基因位于人類染色體17qll.1位點，包含11個外顯子，轉錄物長度約為1. 7kb。2

PD -1和Tim -3及其配體與HIV感染

特異性T細胞反應在控制病毒的復制、病人的預后起著重要的作用，但HIV感染時常常伴有細胞毒性T細胞（Cyto-toxic T Lymphocyte，CTL）細胞功能的損傷，HIV特異性CTL細胞對病毒抗原不能產生有效應答，呈現無功能的耗竭狀態(tài)。近年來研究發(fā)現PD -1和Tim -3作為抑制性受體在調節(jié)T細胞功能耗竭過程中發(fā)揮著重要作用，PD - 1/PD - Ll、Tim -3/Galectin -9通路參與了HIV病毒感染中T細胞功能耗竭的調節(jié)[9-10]。Day等[11]對未經治療的HIV感染者研究發(fā)現，PD -l在HIV特異CD8+和CD4 +T細胞上的表達與血漿病毒載量成正相關，與CD4+T細胞數成負相關。HIV感染者的病毒特異性淋巴細胞表面PD -l的表達水平顯著升高，用B7HI抗體對PD -l信號途徑阻斷后發(fā)現HIV病毒特異性淋巴細胞的功能得到了相應程度的恢復，細胞分泌穿孔素、顆粒酶等細胞毒性等也得到一定程度的恢復，細胞增殖能力也有所恢復，更值得關注的是，在疾病晚期患者CD4+T細胞數量和功能缺失甚至衰竭情況下，細胞毒性T淋巴細胞的功能仍然得到改善。Petrovas等的[9]研究還表明，PD -l的表達可使HIV特異性CD8 +T細胞對自然發(fā)生和Fas介導的凋亡更加易感，PD一1與抗PD -1抗體的交聯可優(yōu)先激發(fā)高表達PD -1分子的CD8 +T細胞發(fā)生凋亡。高效抗逆轉錄病毒治療（HAART）是目前控制和治療艾滋病的方法，Kassu等發(fā)現[12] HAART治療后大多數病人體內T細胞Tim -3表達量下降；Sakhdari[13]發(fā)現阻斷Tim -3信號通路后，細胞毒性T細胞分泌穿孔素、抑制HIV感染CD4+細胞等作用增強。這提示像PD -1 -樣，Tim -3也可能是慢性病毒感染期間耗竭的T細胞的一種重要的標志[14]。在病人人群中，強的抗HIV治療作用與T細胞上Tim -3表達的減少相關。因此阻斷Tim - 3/Galectin -9途徑有利于抗病毒免疫。3 PD -1和Tim -3的表達水平與HIV感染病程進展的關系

HIV感染后機體T細胞表面PD -1和Tim -3表達明顯上調且其水平與HIV疾病進展狀況密切相關。感染宿主遺傳因素、HIV病毒本身的特性和免疫應答是影響HIV感染者病程進展差異的主要因素。T細胞過度活化是HIV慢性感染過程中的一個重要病理特征。

洪坤學等[15]對未經治療的HIV感染者研究發(fā)現：HIV感染可顯著上調CD8 +T細胞表面PD -1的表達水平，PD -1表達水平的變化與HIV疾病進展密切相關。劉真[16]等研究發(fā)現慢性進展期感染者的PD -1的表達水平比長期不進展者高，但是在一定程度上還是低于新發(fā)感染者，表明細胞表面PD -1的表達水平與HIV感染疾病進程密切相關。謝榮華[17]等人的研究首次證實了PD -1與HIV/AIDS患者合并機會感染之間的關系密切，是HIV感染疾病進展的標志之一。Wang等[18]研究發(fā)現HIV感染者骨髓來源的樹突狀細胞上PD -L1的表達上調，經過有效的抗病毒治療后，HIV -1的復制被完全抑制、CD4 +T細胞計數明顯上升，同時伴隨著PD - L1的表達下調，提示PD - Ll在HIV感染后上調，并且其表達可作為一個指標來判斷艾滋病的進展。

HIV感染的T細胞亞群增強表達Tim -3，艾滋病進展者的CD8 +T細胞50%表達Tim -3，明顯高于正常人群（28%）。Jones[19]等發(fā)現T細胞上Tim -3的表達與HIV的疾病進展相關聯，急性病毒感染者CDs +T和CD4 +T細胞上Tim -3最高，次之是慢性HIV感染者，而HIV非感染者或病毒控制良好者的Tim -3的表達最低，并且發(fā)現Tim -3+CD8 +T細胞的數量與病毒載量呈正相關，與CD4+T細胞的計數呈負相關，同樣的關系在Tim -3+CD4+T細胞中也發(fā)現。

總之，深入研究PD - 1/PD -L和Tim - 3/Galectin -9信號通路對感染免疫功能的影響及調節(jié)免疫功能的機制，將對理解共刺激分子家族的相互關系及其復雜性具有重要意義。T細胞表面PD -1和Tim -3表達水平在HIV感染不同疾病進展階段有其特殊變化規(guī)律，這對于全面認識疾病過程中關鍵轉折點可能具有重要意義，阻斷PD - 1/PD -L、Tim - 3/Galectin -9抑制途徑有利于病毒的清除，也為闡明HIV感染效應T淋巴細胞免疫耐受的可能機制以及臨床免疫治療提供新的思路。參考文獻：[1] Ishdia Y，Agata Y，Shibahara K，etal. Induced expression of PD -l，anovel member of the immunoglobulin gene superfamily， upon pro-grammed cell death[J].EMBO joumal，1992 ，11（ 11）：3887 - 3895.[2] Zhang X，Schwartz JC ，Guo X，etal. Structural and functional analysis ofthe costimulatory receptor programmed death -1[J].Immunity，2004，20（3）：337 -347.[3] Okazaki T，Honjo T PD -1 and PD -l ligands：from discovery to clini-cal application[J].Intemational immunology， 2007， 19（7）：813 -824.[4] Youngnak P etal. Differential binding properties of B7 - Hl and B7 -DC to programmed death -1. Biochem Biophys Res Comrnun，2003，307-672 - 677.[5] Latchman Y，Wood C R，Chemova T，etal. PD - 12 is a second ligandfor PD -1 and inhibits T cell activation[J].Nature immunology ，2001，2（3）：261 -268.[6] Keir M E，Butte M J，Freeman G J，etal. PD -l and its ligands in toler-ance and immunity[J].Annu. Rev. Immunol. 2008 ，26：677 - 704.[7] Mclntire JJ， Umetsu SE， Akhari O ，etal. Identification of Tapr（ an airwayhyperreactivity regulatory locus） and the linked Tim gene family. NatImmun01，2001，2（12）：1109 - 1116.[8]汪峰 ，孫自鏞 ，朱旭慧 ，等 . Tim - 3在 CD8 +T細胞上的表達及功能 研究 [J] .現代免疫學 ，2010，30 （ 6 ） ：458 - 461.[9] Petrovas C，Casazza JP，Brenehley JM，etal. PD - I is a regulator of vi-rus - specific CD8 + T cell survival in HIV infection. J Exp Med. 2006，203 （ 10） ：2281 - 2292.[10] Sanchez - Fueyo A，Tian J ， PicareUa D，et al. Tim - 3 inhihits T helpertype I - mediated auto - and alloimlnune responses and promotes im-munological tolerance. Nat Immunol. 2003 ，4 （ 11 ） ：1093 - 1101.[11] Day CL，Kaufmann DE，Kiepiela P，etal. PD - 1 expression on HIV -specific T cells is associated with T - cell exhaustion and disease pro-gression [J] . Nature ，2006 ，443 （ 7109 ） ：350 - 354.[12] Kassu A， Marcus RA， D Souza MB， etal. Suppression of HIV replica-tion by antiretro viral therapy reduces TIM - 3expression on HIV -specific CD8 + T cells [J]. AIDS Res Hum Retroviruses，2011， 27[13] Sakhdari Al ，Mujib S， Vali B，etal. Tim - 3 negatively regulates cyto-toxicity in exhausted CD8 + T cells in HIV infection [J]. LichterfeldM，ed. PLoS ONE，2012，7（7）：46.[14] Hafler DA， Kuchroo V.TIMs： central regulators of immuneresponses[J].J Exp Med ，2008 ，205：2699 - 2701.[15]洪坤學，劉真，賈明明，等.HIV -l感染者CD8+T細胞表面PD-l表達水平的研究[J].中國熱帶醫(yī)學，2012 ，12（8）：909 – 912[16]劉真.PD -1和Tim -3在HIV感染免疫調節(jié)中的作用及其與疾病進展關系的研究[D].北京：中國疾病預防控制中心，2011.[17]謝榮華，歐陽珊珊.HIV/AIDS患者程序死亡分子1的表達與合并機會性感染的關系[J].廣東醫(yī)學，2013，34（4）：538 -541.[18] Wang F，He W， Yuan J，etal. Activation of Tim - 3/Calectin -9 path-way improves survival of fully allogeneic skin grafts[J].Transpl fm-mun01，2008 ，19：12 - 19.[19] Jones RB ，Ndhlovu LC， Barbour JD ，et al.rim -3 exprehsion ClCrines anovel population of dysfunctional T cells with highly elevated fre-queneiesin progressive HIV -l infeetion[J].J Exp Med，2008.205（12）：2763 - 2779.

（收稿日期：2014 - 12 - 16）