作者：喻晓雯 张其奥 谢建平

单位：西南大学生命科学学院现代生物医药研究所

引用本文: 喻晓雯, 张其奥, 谢建平. PD-1/PD-L1，PD-L2信号通路及其在宿主抗结核免疫中作用的研究进展 [J] . 中华结核和呼吸杂志, 2024, 47(5) : 485-489. DOI: 10.3760/cma.j.cn112147-20230904-00133.

摘要

程序性死亡受体-1（PD-1）及其配体PD-L1和PD-L2在多种免疫细胞中表达，在机体响应结核分枝杆菌（MTB）感染的免疫反应中发挥着多重调控作用。机体响应MTB感染时，PD-1/PD-L1，PD-L2信号通路调控多种适应性免疫反应，操纵巨噬细胞对MTB的天然免疫应答、调节T细胞与巨噬细胞的相互作用。此外，PD-1/PD-L1，PD-L2信号通路在宿主对抗MTB感染时的炎症反应中发挥关键作用，本文也总结了PD-1/PD-L1，PD-L2信号通路在结核病的治疗和诊断中的潜能。程序性死亡受体1（programmed cell death 1，PD-1）是一种T细胞共抑制调节因子，可由T淋巴细胞、B淋巴细胞、自然杀伤细胞、活化单核细胞、树突状细胞和巨噬细胞等多种免疫细胞表达［1］。PD-L1作为PD-1的配体，主要在抗原提呈细胞和肿瘤细胞中表达［2］。PD-1与其配体PD-L1和PD-L2的结合加速了活化淋巴细胞的凋亡，从而有助于控制免疫耐受和避免由于免疫系统过度激活而引起的自身免疫反应［3］。用单克隆抗体阻断PD-1受体或其配体可以增强抗肿瘤细胞毒T细胞的数量和功能，从而控制肿瘤，目前靶向PD-1或PD-L1的药物已经应用于治疗黑色素瘤，非小细胞肺癌和尿路上皮癌等恶性肿瘤［4］。在慢性病毒感染中，当持续暴露于抗原时，PD-1在抗病毒效应T细胞上选择性上调，诱导T细胞失去功能和增殖能力［5］。接受PD-1阻断癌症免疫治疗的个体中观察到鸟分枝杆菌感染［6］。Anand等［7］的回顾性研究发现治疗癌症PD-1或PD-L1抑制剂的使用与结核分枝杆菌（Mycobacterium tuberculosis，MTB）和非典型分枝杆菌感染风险增加有关。PD-1及其配体PD-L1和PD-L2在活动性结核病（active tuberculosis，ATB）患者的T细胞［8］、NK细胞［9］、中性粒细胞［10］和单核细胞［11, 12］中表达上调。抗结核治疗2个月后，单核细胞PD-1和PD-L1的表达明显下降［8］。结核病强化治疗期间T细胞和NK细胞上PD-1、PD-L1和PD-L2表达下降［13］。PD-1的遗传性缺陷导致儿童结核病和自身免疫疾病。Ogishi等［14］报道了1例遗传性PD-1缺乏的肺结核患儿，死于肺自身免疫，该患儿的白细胞不表达PD-1，也不响应PD-1介导的抑制反应，其淋巴细胞在分枝杆菌的刺激下只产生少量的IFN-γ。这是由于Vδ2+γδT、MAIT和CD56bright NK的耗竭和其他T细胞亚群功能障碍共同作用的结果。这些都提示PD-1/PD-L1，PD-L2信号通路在人抗结核免疫中发挥着重要作用。

一、PD-1/PD-L1信号通路调控宿主的适应性免疫反应

（一）PD-1促进MTB感染的MAIT细胞代谢改变黏膜相关恒定T细胞（mucosal-associated invariant T cell，MAIT）是先天样T细胞，在宿主防御细菌感染中发挥重要作用［15］。为了解表达PD-1的MAIT细胞在结核病病理中的作用，测定从结核病患者胸腔积液中分离的PD-1+和PD-1- MAIT细胞的转录组发现：结核病患者MAIT细胞PD-1的表达水平与结核病的严重程度相关。结核病患者的PD-1+MAIT细胞较PD-1- MAIT细胞产生更多CXCL13和IL-21。PD-1high CXCR5- MAIT细胞在PD-1+肺结核患者胸腔积液中的增殖显著高于PD-1- 结核病患者和健康对照组。结核性胸腔积液中的PD-1high CXCR5- MAIT细胞降低了IFN-γ水平，促进了TIM-3和GITR的表达，但仍表现为活化的表型，具有较高的葡萄糖摄取率和脂质含量。这表明Mtb感染可能促进MAIT细胞的代谢改变［16］。（二）PD-1调控宿主CD4+T细胞和CD8+T细胞对MTB感染的免疫应答MTB进入机体后，被包裹在吞噬小体中，吞噬小体中分枝杆菌抗原被加工和组装成主要组织相容性复合体Ⅱ类分子（major histocompatibility complex Ⅱ，MHCⅡ），随后这些抗原肽被CD4+T细胞识别，CD4+T细胞被激活，进而发挥抗结核免疫［17］。缺乏CD4+T细胞的小鼠对MTB［18］更易感，猕猴结核潜伏感染模型中CD4+T细胞耗竭后，更多MTB被激活［19, 20］。PD-1-/-小鼠感染MTB导致结MTB特异性CD4+T细胞频率增加；PD-1-/-小鼠对结核菌更易感，小鼠脏器细菌数量增加，肺部炎症和坏死反应增加，小鼠存活率降低［21, 22, 23］。ATB患者外周血中PD-1+CD4+和PD-L1+CD4+T细胞比例均显著高于健康对照组。阻断PD-1可显著促进CD4+T细胞增殖［11］。调节性T细胞（regulatory T cell，Treg）是一种对免疫调节至关重要的CD4+T细胞，可抑制CD4+/CD8+T细胞的活化与增殖，负调节免疫反应［24, 25］。Treg抑制Th1细胞介导的抗结核免疫反应［26］。ATB患者外周血中PD-1和PD-L1在Treg细胞（CD4+CD25+Foxp3+）的表达显著上调［27］。ATB患者外周血中CD4+CD25+CD127low Treg 比例升高，并与PD-1和PD-L1的表达负相关，提示PD-1/PD-L1信号通路是调节Treg增殖的重要因素，其下调导致了Treg的增殖［28］。多功能T细胞（polyfunctional T cell，PFT）同时分泌IFN-γ和TNF-α，能更有效抗MTB感染［29］，并且与IFN-γ/TNF-α一起诱导自噬或凋亡，以抑制细胞内MTB的生长［30］。在ATB中，阻断PD-1优先恢复受抑制的PFT。而且，多功能细胞因子环境更有利于感染的单核细胞来源的巨噬细胞的细胞凋亡而不是坏死，并显著减少细菌生长。此外，动物研究显示，在体内给予α-PD-1和抗结核治疗后，感染小鼠肺和脾中的细菌负荷显著下降。这些数据表明我们可以通过抑制PD-1途径来拯救保护性T细胞反应，减少感染的巨噬细胞的坏死，从而防止活的MTB的外溢，感染周边巨噬细胞，以及细菌的播散［31］。虽然CD4+T细胞是宿主抗MTB免疫不可或缺，但它们也在免疫病理中起作用。小鼠实验表明将CD4+T细胞产生IFN-γ的能力提高~2倍会加剧肺部感染，并导致宿主过早死亡［32］。阻断PD-1/PD-L1信号通路后，结核菌素纯蛋白衍生物（purified protein derivative，PPD）特异性IFN-γ的产生增加［33］。PD-1抑制了CXCR3+KLRG1-CX3CR1-肺归巢CD4+T细胞亚群的积累和致病性IFN-γ的产生［32］。综上，宿主一方面需要CD4+T细胞激活发挥抗结核效应，另一方面需要PD-1这个“刹车”分子的抑制作用，以防治过度的CD4+T细胞活化导致感染恶化。MTB感染机体后，一些抗原组分停留在胞质中，胞质中的MTB抗原被加工和组装成主要组织相容性复合体Ⅰ类分子（major histocompatibility complex Ⅰ，MHC Ⅰ），随后胞质中的抗原肽被CD8+T细胞识别，激活CD8+T细胞，活化的CD8+T细胞产生细胞溶解分子和细胞因子，导致靶细胞凋亡［17］。在结核病患者中，阻断PD-1或其配体（PD-L1、PD-L2）可增强CD8+T细胞的特异性脱颗粒能力和产生特异性IFN-γ的淋巴细胞的比例，表明PD-1/PD-L1，PD-L2途径抑制了MTB感染时T细胞效应功能［34］。MTB特异性抗原刺激后，结核性胸膜炎患者外周血中CD4+PD-1+和CD8+PD-1+T细胞数增加，CD4+PD-1+和CD8+PD-1+T细胞亚群比PD-1-T细胞亚群表现出更多的记忆表型、激活和产生Th1细胞因子的效应功能，表明这些PD-1+T细胞并没有耗竭，可能是维持抗原特异性效应的中心［35］。

二、PD-1/PD-L1信号通路调控宿主的天然免疫反应

（一）PD-1/PD-L1信号通路调控巨噬细胞的天然免疫反应肺泡巨噬细胞可以清除肺部的细菌，同时保护呼吸系统免受微生物的感染［36］。MTB感染的肺泡巨噬细胞中，PD-1和PD-L1水平升高，AKT和mTOR水平降低，TNF-α、NF-κB、IL-17、IL-2、IL-6和IFN-γ水平升高，CD11c、CD16和CD86的蛋白水平升高，ROS和细胞凋亡率增加，Bax水平升高，处于S和G2/M期的肺泡巨噬细胞百分比减少。当PD-1/PD-L1信号通路被抑制时，检测到与上述结果相反的趋势。提示抑制PD-1/PD-L1信号通路可增强小鼠肺泡巨噬细胞对MTB的天然免疫应答［37］。ATB患者外周血中CD14+单核细胞上PD-1、PD-L1、PD-L2的表达显著高于对照组。PD-1/PD-L1，PD-L2通路阻断后，巨噬细胞的吞噬功能和细胞内杀伤活性明显增强［11］。（二）PD-1/PD-L1信号通路调控巨噬细胞和T细胞的相互作用CD8+T细胞通过诱导感染的巨噬细胞死亡，参与MTB感染的控制。阻断PD-L1有助于增加体外Ag特异性CD8+T细胞对IFN-γ激活的巨噬细胞的细胞毒作用。在识别MTB感染细胞后，天然和获得性免疫淋巴细胞分泌IFN-γ，导致巨噬细胞激活，极化为M1型，从而增加巨噬细胞对CD8+T细胞介导的细胞毒的敏感性。同时，MTB刺激可导致较高的PD-L1表达，与CD8+T细胞中增强表达的PD-1相结合，可抑制MTB特异性CD8+T细胞的细胞毒作用。这些刺激和抑制信号之间的较量将决定靶细胞的命运［38］。（三）PD-1/PD-L1信号通路调控宿主的肺部的炎症反应MTB感染PD-1-/-小鼠的肺部表现出不受控制的细菌增殖和局灶性坏死区，以中性粒细胞为主，但浸润性T和B细胞数量较少。感染PD-1-/-的小鼠肺和血清中的促炎细胞因子如TNF-α、IL-1，尤其是IL-6和IL-17显著升高，与异常炎症一致。转录组数据揭示了367个基因在感染PD-1-/-的小鼠和野生型小鼠之间差异表达，涉及先天免疫和获得性免疫。总之，这些研究表明，PD-1途径是控制肺部MTB感染后过度炎症反应所必需的［22］。PD-1/PD-L1，PD-L2信号通路在宿主响应MTB感染中的免疫调控作用见图1。