基于PD-1/PD-L1信號(hào)通路的肝棘球蚴病免疫逃逸研究

楊康潔， 蘆永良， 鄂維建

1 青海大學(xué) 醫(yī)學(xué)院， 西寧 810000； 2 青海大學(xué)附屬醫(yī)院 檢驗(yàn)科， 西寧 810000

肝棘球蚴病是由棘球蚴感染并侵犯哺乳動(dòng)物肝臟所致的一種嚴(yán)重的肝臟寄生蟲疾病[1]，已被世界衛(wèi)生組織(WHO)列為17種被忽視疾病之一，主要分為兩種，分別是由細(xì)粒棘球蚴感染肝臟所致的肝囊型棘球蚴病(hepatic cystic echinococcosis，HCE)和由多房棘球蚴感染肝臟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，在我國(guó)主要分布于我國(guó)青藏高原及其周邊地區(qū)，如新疆、西藏和青海等[2]，其早期癥狀不明顯且潛伏期較長(zhǎng)，致使檢出和采取治療措施為時(shí)已晚。據(jù)調(diào)查，全球患病率為8.1%，HCE病死率為2%～4%，HAE發(fā)病率為0.03/10萬(wàn)～1.2/10萬(wàn)，病死率>90%[3]，在我國(guó)患病率為0.5%～5.0%[4]，檢出率為0.71%[5]，這在一定程度上，加重了當(dāng)?shù)厝藗兊募膊∝?fù)擔(dān)，嚴(yán)重危害了世界公共衛(wèi)生安全。

在肝棘球蚴病的研究中，發(fā)現(xiàn)程序性死亡受體1(programmed death 1，PD-1)和程序性死亡配體1(PD-1 ligand，PD-L1)作為一對(duì)免疫負(fù)性共刺激分子，其PD-1/PD-L1信號(hào)通路可誘導(dǎo)機(jī)體組織免疫耐受，負(fù)向調(diào)控宿主的免疫反應(yīng)，參與肝棘球蚴病的免疫逃逸。據(jù)研究[6]表明，阻斷該通路，可減少T淋巴細(xì)胞的凋亡及耗竭，增強(qiáng)機(jī)體的免疫功能，提高機(jī)體抵抗肝棘球蚴病的能力。本文就PD-1/PD-L1信號(hào)通路在肝棘球蚴病免疫逃逸中的作用機(jī)制展開綜述。

1 PD-1/PD-L1信號(hào)通路概述

1.1 PD-1/PD-L1的分子結(jié)構(gòu) PD-1是一種廣泛存在于細(xì)胞表層的Ⅰ型跨膜單體糖蛋白，屬于CD28免疫球蛋白超家族中一員，也稱為CD279。最早是由Ishida等[7]采用減數(shù)雜交技術(shù)在小鼠細(xì)胞系上分離得到，其基因被證實(shí)定位于人類染色體2q37.3和CTLA-4基因上，其氨基酸序列與CTLA4相似度達(dá)20%，與CD28相似度達(dá)15%，與誘導(dǎo)的T淋巴細(xì)胞共刺激因子相似度達(dá)13%。PD-1由胞內(nèi)區(qū)、跨膜區(qū)和胞外區(qū)組成，胞內(nèi)區(qū)包括N端的免疫受體酪氨酸抑制基序 (immunoreceptor tyrosine-based inhibitory motif，ITIM)和C端的免疫受體酪氨酸轉(zhuǎn)換基序(immunoreceptor tyrosin-based switch motif，ITSM)；胞外區(qū)由一個(gè)含多個(gè)被重度糖基化的糖基化位點(diǎn)的IgV樣結(jié)構(gòu)域組成。其主要分布在活化的T淋巴細(xì)胞、B淋巴細(xì)胞、NK細(xì)胞、單核細(xì)胞及樹突細(xì)胞等免疫細(xì)胞上[8]。

PD-L1(又稱為B7-H1或CD274)屬于B7家族，是一種由胞外區(qū)結(jié)構(gòu)域、疏水性跨膜區(qū)和胞內(nèi)區(qū)組成的Ⅰ型跨膜蛋白，是PD-L1的配體之一，位于人體9號(hào)染色體短臂24區(qū)2帶 (9p24.2)[9]，主要表達(dá)于靜息T淋巴細(xì)胞、B淋巴細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞、巨噬細(xì)胞，可影響CD8+細(xì)胞的免疫環(huán)境、輔助性T淋巴細(xì)胞(Th)1細(xì)胞因子和化學(xué)因子的產(chǎn)生和干擾素的基因表達(dá)特征[10]。

1.2 PD-1/PD-L1信號(hào)通路作用機(jī)制 信號(hào)通路是指接收細(xì)胞外分子信號(hào)并將其傳入細(xì)胞內(nèi)，引起細(xì)胞發(fā)揮效應(yīng)的一系列酶促反應(yīng)通路，主要通過(guò)添加或去除磷酸基團(tuán)，改變或恢復(fù)下游蛋白的構(gòu)象，實(shí)現(xiàn)上游蛋白調(diào)節(jié)下游蛋白活性的作用。其家族龐大且種類繁多，不同信號(hào)通路之間錯(cuò)綜復(fù)雜，相互影響[11]。

針對(duì)PD-1/PD-L信號(hào)通路機(jī)制，現(xiàn)已有廣泛研究。PD-1和PD-L1信號(hào)分子均存在可溶性和細(xì)胞膜型兩種形式，其中，可溶性PD-1(sPD-1)與可溶性PD-L1(sPD-L1)主要發(fā)揮類似細(xì)胞因子的作用，與膜型分子共同參與機(jī)體免疫調(diào)控。膜型PD-1(mPD-1)和膜型PD-L1 (mPD-L1)主要組成PD-1/PD-L1信號(hào)通路[12]。

PD-1/PD-L1信號(hào)通路在免疫逃逸機(jī)制中一直扮演著至關(guān)重要的角色[13]。當(dāng)PD-1與PD-L1結(jié)合后，形成信號(hào)通路，會(huì)在宿主體內(nèi)經(jīng)過(guò)一系列復(fù)雜的調(diào)節(jié)機(jī)制，與多種信號(hào)通路相互作用，參與T、B淋巴細(xì)胞免疫應(yīng)答，抑制機(jī)體免疫系統(tǒng)的功能，實(shí)現(xiàn)免疫逃逸。其主要作用的信號(hào)通路如下。

(1)PD-1/PD-L1信號(hào)通路與PI3K/Akt通路：PD-1在免疫應(yīng)答下重新分配并聚集于免疫突觸，與抗原呈遞細(xì)胞上PD-L1形成PD-1/PD-L1信號(hào)通路，使PD-1胞內(nèi)段ITIM結(jié)構(gòu)域中的酪氨酸發(fā)生磷酸化，進(jìn)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，干擾CD28介導(dǎo)PI3K活化，使PI3K和AKT發(fā)生去磷酸化[14]，阻斷了PI3K/AKT通路，達(dá)到了抑制免疫細(xì)胞增殖分化、促進(jìn)細(xì)胞凋亡、抑制能量生成和抑制信號(hào)傳遞的目的[15-16]。

(2)PD-1/PD-L1信號(hào)通路與雷帕霉素靶蛋白(mTOR)信號(hào)通路：PD-L1可下調(diào)AKT /mTOR，促進(jìn)磷酸酶及張力蛋白同源物表達(dá)，同時(shí)，被抑制的PI3K/AKT通路也可影響mTOR，在這兩方面因素下mTOR信號(hào)通路被阻斷，失去促進(jìn)物質(zhì)代謝、參與細(xì)胞凋亡自噬的效應(yīng)[17]。

(3)PD-1/PD-L信號(hào)通路與Raf/MEK/ERK通路：Raf/MEK/ERK通路又稱MAPK信號(hào)通路，可調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖、轉(zhuǎn)化、分化和凋亡[18]，PD-1/PD-L1信號(hào)通路形成后，PD-1募集的SHP-2和SHP-1負(fù)性調(diào)節(jié)下游絲氨酸-蘇氨酸蛋白激酶磷酸化、抑制RAS和ZAP70及細(xì)胞外調(diào)節(jié)ERK活化，從而抑制MAPK信號(hào)通路。

(4)PD-1/PD-L信號(hào)通路與JAK-STAT信號(hào)通路：JAK-STAT信號(hào)通路能夠調(diào)節(jié)機(jī)體免疫細(xì)胞的增殖分化與凋亡[19]。PD-1/PD-L1信號(hào)通路中免疫受體酪氨酸基序發(fā)生磷酸化，酪氨酸磷酸酶在胞內(nèi)區(qū)富集，影響JAK-STAT信號(hào)通路[20]。

PD-1/PD-L1信號(hào)通路與以上及更多信號(hào)通路作用來(lái)導(dǎo)致機(jī)體出現(xiàn)的主要結(jié)果有：

(1)基因蛋白表達(dá)異常。在PD-1/PD-L1信號(hào)通路下，抗凋亡基因Bcl-xL和轉(zhuǎn)錄因子如GATA-3、Tbet、和Eomes的表達(dá)受到抑制，阻礙相關(guān)細(xì)胞周期進(jìn)展，影響相關(guān)細(xì)胞因子的表達(dá)[21]。

(2)細(xì)胞因子表達(dá)異常。PD-1/PD-L1信號(hào)通路有效抑制TNFα、IFNγ分泌，選擇性促進(jìn)IL-10、TGFβ1分泌。

(3)免疫細(xì)胞分布異常。PD-1/PD-L1信號(hào)通路促進(jìn)CD4+T淋巴細(xì)胞向Foxp3+調(diào)節(jié)性T淋巴細(xì)胞(Treg)分化，抑制CD4+T淋巴細(xì)胞向Th1和Th17細(xì)胞分化[22]。在基因蛋白和細(xì)胞因子異常的基礎(chǔ)上，PD-1/PD-L1信號(hào)通路抑制CD4+和CD8+T淋巴細(xì)胞的增殖，使細(xì)胞周期停留在G0/G1期，誘導(dǎo)激活T淋巴細(xì)胞的凋亡，抑制效應(yīng)性T淋巴細(xì)胞活性。同時(shí)，PD-1/PD-L1信號(hào)通路還可作用于細(xì)胞能量代謝，阻滯T淋巴細(xì)胞的增殖與分泌[23]和機(jī)體免疫應(yīng)答。另外，PD-1 /PD-L信號(hào)通路還可抑制B淋巴細(xì)胞的級(jí)聯(lián)活化[24]和改變單核細(xì)胞功能[25]。

簡(jiǎn)言之，PD-1/PD-L1信號(hào)通路可負(fù)向調(diào)控相關(guān)基因表達(dá)、細(xì)胞因子分泌以及T淋巴細(xì)胞、B淋巴細(xì)胞和單核細(xì)胞等免疫細(xì)胞的活化(圖1)。

圖1 PD-1/PD-L1信號(hào)通路作用機(jī)制簡(jiǎn)圖

2 PD-1/PD-L1信號(hào)通路參與肝棘球蚴病的免疫逃逸

2.1 肝棘球蚴病的免疫逃逸 在復(fù)雜機(jī)理的作用下，機(jī)體免疫系統(tǒng)受到抑制并長(zhǎng)期處于低水平免疫狀態(tài)，導(dǎo)致病原體可以逃脫機(jī)體免疫系統(tǒng)的識(shí)別和攻擊而在機(jī)體內(nèi)正常生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象，被稱為免疫逃逸[26]。

當(dāng)人們誤食被棘球蚴污染的食物和水源時(shí)，其蟲卵即有機(jī)會(huì)孵化為幼蟲，幼蟲穿透腸黏膜到達(dá)肝臟。通過(guò)內(nèi)臟動(dòng)靜脈或淋巴管循環(huán)，病變可直接侵犯或轉(zhuǎn)移擴(kuò)散到其他器官，不經(jīng)治療的肝棘球蚴病其結(jié)局必然是致命的。研究其免疫逃逸機(jī)制能夠在一定程度對(duì)其診斷、治療產(chǎn)生積極作用， 在棘球蚴病中棘球蚴可實(shí)現(xiàn)免疫逃逸的機(jī)制有[27-28]：物理屏障，自身抗原改變，細(xì)胞毒作用，免疫調(diào)節(jié)和宿主先天免疫及遺傳背景?？偟膩?lái)說(shuō)，針對(duì)肝棘球蚴病的免疫逃逸理論有：宿主Th1/Th2免疫反應(yīng)系統(tǒng)失衡，Th17/Treg免疫反應(yīng)系統(tǒng)失衡和能量失衡理論。

2.2 PD-1/PD-L1信號(hào)通路與肝棘球蚴病的免疫逃逸(表1)

表1 目前PD-1/PD-L1信號(hào)通路參與肝棘球蚴病的免疫逃逸理論

2.2.1 Th1/Th2失衡理論 棘球蚴侵襲肝臟后，可激活宿主Th1反應(yīng)和Th2反應(yīng)，其中，Th1反應(yīng)分泌IFNγ、IL-12等細(xì)胞因子，發(fā)揮激活巨噬細(xì)胞，殺傷胞內(nèi)病原寄生物，阻止幼蟲增殖和保護(hù)自身組織的作用。Th2反應(yīng)分泌IL-4、5、6、10等細(xì)胞因子，抑制宿主免疫，促進(jìn)蟲體在宿主體內(nèi)寄生，機(jī)體免疫系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)是處于免疫效應(yīng)與免疫抑制的動(dòng)態(tài)平衡。

在肝棘球蚴病中，宿主體內(nèi)PD-1/PD-L1信號(hào)通路被激活，聯(lián)合多種信號(hào)通路，使Th1細(xì)胞生長(zhǎng)周期阻滯在G0/G1期，加速其細(xì)胞凋亡，抑制CD4+T淋巴細(xì)胞向Th1分化。Speiser等[29]指出若阻斷PD-L1/PD-1信號(hào)通路可加速T淋巴細(xì)胞增殖，使T淋巴細(xì)胞恢復(fù)分泌功能。辛燕等[30]表明T淋巴細(xì)胞免疫球蛋白黏蛋白分子作為Th1型輔助細(xì)胞膜表面蛋白分子在肝棘球蚴病中表達(dá)較多。

在肝棘球蚴病發(fā)生發(fā)展時(shí)，宿主體內(nèi)Th1反應(yīng)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榛旌闲訲h1/Th2反應(yīng)，進(jìn)而導(dǎo)致Th1/Th2免疫反應(yīng)失衡[31]。Newport等[32]用62例臨床病例說(shuō)明感染細(xì)粒棘球蚴患者體內(nèi)Th2反應(yīng)的細(xì)胞因子占主導(dǎo)地位。Mourglia等[33]采用PCR技術(shù)檢測(cè)出患者體內(nèi)Th2細(xì)胞因子表達(dá)遠(yuǎn)高于Th1細(xì)胞因子。同時(shí)，基質(zhì)金屬蛋白酶剪切出的sPD-L1，可與mPD-1相互結(jié)合產(chǎn)生負(fù)性調(diào)節(jié)信號(hào)[34]，阻斷損傷信息的傳遞，加速機(jī)體分泌IL-10和TGFβ[35-36]，產(chǎn)生大量的“功能失調(diào)”或“耗竭”狀態(tài)的CD8+T淋巴細(xì)胞亞群，打破機(jī)體免疫Th1/Th2平衡[37]。另外，也有研究[38]表明，患者體內(nèi)T淋巴細(xì)胞在囊性包蟲特異性抗原B的趨化下可表達(dá)大量Th2細(xì)胞，使機(jī)體適應(yīng)性免疫應(yīng)答向Th2反應(yīng)偏移，造成Th1/Th2免疫反應(yīng)系統(tǒng)失衡。

2.2.2 Th17/Treg失衡理論 在機(jī)體免疫系統(tǒng)中，Th17分泌IL-17、IL-26、IL-6等促炎因子與多種細(xì)胞表面受體結(jié)合，促進(jìn)機(jī)體炎癥反應(yīng)，導(dǎo)致組織損傷；調(diào)節(jié)性T淋巴細(xì)胞(Treg)分泌IL-35和TGFβ等抗炎因子，抑制炎癥細(xì)胞因子釋放，拮抗Th17的促炎效應(yīng)。兩者共同維持著機(jī)體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)[39]。

棘球蚴侵襲肝臟后，宿主免疫細(xì)胞膜上表達(dá)PD-1，感染細(xì)胞膜上表達(dá)PD-L1，體內(nèi)PD-1/PD-L1信號(hào)通路被激活，使PD-1胞質(zhì)區(qū)ITSM和ITIM結(jié)構(gòu)域中蛋白酪氨酸發(fā)生磷酸化，引起下游一系列蛋白酶改變，阻斷宿主體內(nèi)PI3K/AKT通路，mTOR信號(hào)通路和Raf/MEK/ERK通路，協(xié)同JAK-STAT信號(hào)通路，產(chǎn)生拮抗CD28/B7作用，共同抑制抗凋亡基因Bcl-xL、轉(zhuǎn)錄因子RORγt和IFNγ的表達(dá)，促進(jìn)轉(zhuǎn)錄因子Foxp3的表達(dá)，使轉(zhuǎn)錄因子RORγ的入核減少，Th17細(xì)胞的分化受到抑制，被Foxp3調(diào)節(jié)的Treg細(xì)胞分化增加[40]，使宿主體內(nèi)Th17和Treg比例失衡。其中，PD-1/PD-L1信號(hào)通路相關(guān)聯(lián)的PI3K/AKT通路起主要作用[41]。

在研究肝棘球蚴病時(shí)，Tuxun等[42]發(fā)現(xiàn)患者體內(nèi)細(xì)胞因子IL-17和IL-23濃度較低，IL-10和TGFβ1濃度較高，出現(xiàn)IL-17/IL-10和RORγt/Foxp3比值明顯降低現(xiàn)象。另外，PD-1/PD-L1信號(hào)通路能夠產(chǎn)生拮抗CD28/B7的效應(yīng)，促進(jìn)CD4+T淋巴細(xì)胞向Foxp3+Treg分化，誘發(fā)Treg產(chǎn)生，造成Th17/Treg免疫反應(yīng)系統(tǒng)失衡。

2.2.3 能量失衡理論 機(jī)體免疫細(xì)胞在受到棘球蚴刺激時(shí)會(huì)以能量作為支撐，通過(guò)滿足效應(yīng)T淋巴細(xì)胞增殖和分化所需能量發(fā)揮功效。而PD-1/PD-L1信號(hào)通路可調(diào)節(jié)初始T淋巴細(xì)胞激活代謝重編程，抑制宿主體內(nèi)AMP-activated protein kinase (AMPK)、PPARy co-activator-1α (PGC-1α)信號(hào)通路、PI3K/AKT通路[43]和mTOR信號(hào)通路，影響免疫細(xì)胞吸收利用營(yíng)養(yǎng)，阻礙免疫細(xì)胞能量補(bǔ)給。同時(shí)，T淋巴細(xì)胞激活也與線粒體的氧化磷酸化及糖酵解變化密切相關(guān)。CD4+Th有糖酵解反應(yīng)和線粒體氧化磷酸化反應(yīng)兩種，CD4+Treg有氧化磷酸化反應(yīng)、糖酵解反應(yīng)和脂質(zhì)氧化反應(yīng)三種[44]，機(jī)體在PD-1/PD-L1信號(hào)通路下，不斷向Treg發(fā)展，引起的Th1/Th2免疫反應(yīng)系統(tǒng)失衡也會(huì)導(dǎo)致能量補(bǔ)給不足，導(dǎo)致肝棘球蚴病出現(xiàn)免疫逃逸現(xiàn)象。

另外，PD-1/PD-L1信號(hào)通路還可直接影響T淋巴細(xì)胞的正常免疫功能或直接導(dǎo)致T淋巴細(xì)胞的程序性凋亡?？傊?，PD-1/PD-L1信號(hào)通路在肝棘球蚴病的免疫逃逸機(jī)制研究主要針對(duì)于負(fù)向調(diào)節(jié)宿主免疫反應(yīng)，PD-1/PD-L1信號(hào)通路是否對(duì)宿主基因等方面造成影響，還有待進(jìn)一步研究。

3 PD-1/PD-L1信號(hào)通路與肝棘球蚴病的治療

近些年來(lái)，PD-1/PD-L1信號(hào)通路逐漸應(yīng)用于腫瘤免疫治療，有糖基化修飾PD-1/PD-L1或直接使用PD-1/PD-L1抑制劑及PD-1/PD-L1抗體進(jìn)行免疫治療等手段[45]。目前，針對(duì)肝棘球蚴病的臨床治療主要有服用藥物、手術(shù)切除和肝移植三種[46]。PD-1/PD-L1信號(hào)通路可通過(guò)上述三種理論協(xié)助肝棘球蚴病免疫逃逸，阻斷PD-1/PD-L1信號(hào)通路，維持Th1/Th2和Th17/Treg相對(duì)平衡，增強(qiáng)免疫效應(yīng)的方法有望成為抗肝棘球蚴病免疫逃逸的一個(gè)重要治療手段。

肝移植作為一種具有挑戰(zhàn)性的肝臟外科技術(shù)，能夠在一定程度上延長(zhǎng)患者壽命。而肝移植后，移植排斥反應(yīng)也是一個(gè)不可避免的問(wèn)題[47]。研究[48]發(fā)現(xiàn)，激活PD-1/PD-L1信號(hào)通路可降低小鼠肝移植術(shù)后免疫移植排斥，保護(hù)機(jī)體肝臟免受免疫損傷。在未來(lái)，PD-1/PD-L1信號(hào)通路可作為一項(xiàng)評(píng)估肝移植術(shù)后排斥反應(yīng)的免疫學(xué)指標(biāo)。如今，PD-1/PD-L1信號(hào)通路在肝移植方面還有待研究。

綜上所述，PD-1/PD-L1信號(hào)通路在肝棘球蚴病免疫逃逸中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，將PD-1/PD-L1信號(hào)通路作為免疫檢查點(diǎn)治療靶點(diǎn)，采用阻斷PD-1/PD-L1信號(hào)通路的方式，激活患者自身免疫系統(tǒng)從而殺滅體內(nèi)寄生的免疫療法，將成為一種非常有前景的治療肝棘球蚴病的手段[49]。

4 總結(jié)與展望

PD-1/PD-L1信號(hào)通路在肝棘球蚴病免疫逃逸中發(fā)揮的作用不容忽視。其可通過(guò)宿主Th1/Th2免疫反應(yīng)系統(tǒng)失衡，Th17/Treg免疫反應(yīng)系統(tǒng)失衡和能量失衡三個(gè)方面促進(jìn)棘球蚴的免疫逃逸。

如今，雖然許多學(xué)者已對(duì)PD-1/PD-L1信號(hào)通路調(diào)控肝棘球蚴病免疫逃逸展開了相應(yīng)的研究，發(fā)現(xiàn)該通路可負(fù)向調(diào)節(jié)T淋巴細(xì)胞活化，抑制淋巴細(xì)胞增殖及細(xì)胞因子產(chǎn)生，下調(diào)細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞介導(dǎo)的殺傷作用，廣泛參與免疫應(yīng)答，是維持外周免疫耐受的重要機(jī)制。但對(duì)于PD-1/PD-L1信號(hào)通路的些許環(huán)節(jié)還存有疑問(wèn)，對(duì)肝棘球蚴病如何具體實(shí)現(xiàn)免疫逃逸的具體機(jī)制暫不清楚， PD-1/PD-L1信號(hào)通路可影響多條信號(hào)通路，是否影響B(tài)CR信號(hào)通路，還有待深入研究。今后需要進(jìn)一步研究PD-1/PD-L1信號(hào)通路參與肝棘球蚴病的致病機(jī)理和PD-1/PD-L1抑制劑參與肝棘球蚴病的治療，為保障和提高患者生活質(zhì)量繼續(xù)探索。

利益沖突聲明：所有作者均聲明不存在利益沖突。

作者貢獻(xiàn)聲明：楊康潔負(fù)責(zé)資料分析和撰寫論文；鄂維建參與收集資料和修改論文；蘆永良負(fù)責(zé)指導(dǎo)撰寫文章并最后定稿。