程序性细胞死亡-1/程序性细胞死亡配体-1信号途径及其对口腔慢性疾病的作用

[摘要]程序性细胞死亡-1（PD-1）/程序性细胞死亡配体-1（PD-L1）作为B7-CD28家族的重要负性共刺激信号途径，已证实能够通过抑制T细胞的活化增殖及细胞因子的产生来负调控免疫应答，参与免疫耐受及自身免疫性疾病、慢性感染、肿瘤等慢性疾病。本文综述了PD-1/PD-L1信号途径的生物学特点和功能及其在口腔扁平苔藓、慢性牙周炎、口腔恶性肿瘤等口腔慢性疾病中的研究，并探讨了调节该通路为口腔慢性疾病提供治疗的可能性。

[关键词]程序性细胞死亡-1/程序性细胞死亡配体-1；T细胞；治疗

[中图分类号]Q 257[文献标志码]A[doi]10.3969/j.issn.1673-5749.2012.01.019

Programmed death-1/programmed death-ligand 1 pathway and its regulation on oral chronic diseases Zhang Jing1, Zhou Gang1，2.[1. The State Key Laboratory Breeding Base of Basic Science of Stomatology（HubeiMOST）& Key Laboratory of Oral Biomedicine Ministry of Education, School and Hospital of Stomatology, Wuhan University, Wuhan 430079, China; 2. Dept. of Oral Medicine, Hospital of Stomatology, Wuhan University, Wuhan 430079, China]

[Abstract]Programmed death-1（PD-1）/programmed death-ligand 1（PD-L1）, as the important member of B7-CD28 family, is a newly identified negative co-stimulatory pathway. It may play a critical immunoregulatory role, through inhibiting T cells activation and proliferation as well as cytokines production, in chronic diseases such as autoimmune diseases, chronic infections and tumors. Besides discussing the biological characteristics and functions of PD-1/PD-L1, this review mainly explores its regulation on oral chronic diseases including oral lichen planus, chronic periodontitis as well as oral malignant tumors and the therapeutic potential of PD-1/PD-L1 modulation in this filed.

[Key words]programmed death-1/programmed death-ligand 1；T cell；treatment

程序性细胞死亡-1（programmed death-1，PD-1）/程序性细胞死亡配体-1（programmed death-ligand 1，PD-L1）作为B7-CD28家族的重要负性共刺激信号途径，已证实其通过抑制T细胞的活化增殖及细胞因子的产生来负调控免疫应答，参与免疫耐受及自身免疫性疾病、慢性感染、肿瘤等慢性疾病[1-2]。

本文就PD-1/PD-L1信号途径的生物学特点和作用以及PD-1/PD-L1信号途径在口腔慢性疾病中的研究进展作一综述。

1PD-1/PD-L1的生物学特点

PD-1最初是通过削减杂交技术在T细胞凋亡过程中发现的，最近研究认为，它是一种能够提供抑制信号的协同刺激分子[2]，为CD28家族成员之一，属于免疫球蛋白超家族Ⅰ型跨膜糖蛋白。PD-1主要表达于活化的T淋巴细胞、B淋巴细胞及巨噬细胞表面，在细胞表面以单体形式存在，由细胞外区、跨膜区和胞内区3个部分构成。胞外区是一个免疫球蛋白样的结构域，有4个重要N连接糖基化位点，能与其配体结合。胞内区含有2个酪氨酸残基，N端为免疫受体酪氨酸抑制基序（immunoreceptor tyrosine-based inhibitory motif，ITIM），C端为免疫受体酪氨酸转换基序（immunoreceptor tyrosine switch motif，ITSM）。在与T细胞抗原受体（T cell receptor，TCR）或B细胞抗原受体（B cell antigen receptor，BCR）同时配接的情况下，PD-1与其配体结合，通过其胞内区的ITSM招募含SH2结构域的磷酸酶（SH2 containing phosphatase，SHP）-1、SHP-2，使T细胞表面受体或B细胞表面受体传递的效应信号发生去磷酸化。另外，PD-1可抑制CD28介导的磷脂酰肌醇3-激酶（phosphoinositide-3-kinase，PI-3K）的活化，从而下调丝苏氨酸激酶的活化，抑制糖代谢，抑制GATA结合蛋白-3、T细胞T盒蛋白、脱中胚蛋白和Bcl-xl的表达及白细胞介素（interleukin，IL）-2的产生[3]。PD-1的这一抑制作用又可被强化的CD28或活化信号转导子和转录激活子（signal transduction and activator of transcription，STAT）的细胞因子如IL-2、IL-7、IL-15的逆转[4]。

PD-1有2个配体，PD-L1（B7-H1）和PD-L2（B7-DC）。PD-1与其配体结合可抑制T细胞的活化、增殖及细胞因子的分泌。PD-L1不仅表达于造血细胞如静止和活化的T细胞、B细胞、树突状细胞、巨噬细胞、骨髓来源的肥大细胞，而且广泛表达于外周非造血细胞上，如血管内皮细胞、胰岛细胞、脑部星状细胞、肌细胞、肝细胞、角质形成细胞及淋巴器官细胞。PD-L2的表达仅局限于活化的树突状细胞和巨噬细胞。炎性细胞因子和趋化因子可上调组织特异性PD-L1和PD-L2的表达。Th1和Th2分泌的细胞因子分别上调PD-L1、PD-L2在炎性巨噬细胞上的表达，这说明PD-L1、PD-L2在调节Th1和Th2的细胞应答中发挥着不同的作用，且γ-干扰素（interferon-γ，IFN-γ）可显著上调单核细胞PD-L1的表达，因此，PD-L1可能在Th1细胞介导的炎症反应中被诱导表达，并负反馈抑制Th1细胞的效应功能[5]。PD-L1在非造血细胞中的表达揭示了PD-1/PDL1这一负性通路在调控炎症反应和维持外周免疫方面起着更为重要的作用。此外，PD-L1也可与B7-1（CD80）特异性结合，抑制T细胞活化增殖及细胞因子的产生[6-7]。

2PD-1/PD-L1在慢性疾病中的作用

2.1自身免疫性疾病

不同基因背景的PD-1缺陷型小鼠会引发诸如狼疮样肾小球性肾炎、关节炎、致死性自身免疫性扩张型心肌病等自身免疫疾病，PD-1特异性拮抗性抗体能够提高小鼠模型自身免疫性脑炎、自身免疫性糖尿病、移植排斥反应以及半抗原诱导的接触性过敏的发生率[2-3]。这些均表明，PD-1信号在控制免疫应答和维持外周耐受中发挥着重要作用。PD-1通过抑制自身反应性T细胞的活化和功能以及促进调节性T细胞（regulatory T cell，Treg）的发生和负性调控作用来避免外周组织被效应T细胞损伤[4]。PD-1/PD-L1信号途径调节着自身反应性T细胞和Treg细胞之间的动态平衡，使这一平衡倾向于限制效应T细胞的免疫作用，进而诱导机体的免疫耐受[4]。PD-L1激动剂对Treg的增强作用及活化的效应T细胞的抑制作用为其用于自身免疫性疾病的治疗提供了可能性。现已证实，自身免疫性疾病多具有较高的女性发病倾向[8]，而性激素对PD-1的表达又有一定的调节作用[3]。雌激素受体敲除小鼠（estrogen receptor knock out，ERKO）体内的PD-1表达水平和Treg的抑制作用均下降，表明细胞内PD-1的表达依赖于雌激素E2，雌激素可以增强FoxP3+CD4+细胞内PD-1的表达[9]。雌激素可通过结合其受体-1或部分G蛋白偶联受体30上调Treg内PD-1的表达来减轻实验性自身免疫性脑炎的症状[10]。因此，性激素介导的PD-1信号通路在自身免疫性疾病中的负性调控作用不仅有助于人们对自身免疫性疾病性别倾向特征的认识，而且提示该途径可以成为治疗自身免疫性疾病的理想靶点。

2.2慢性感染

许多导致慢性感染的病原微生物都利用PD-1/PD-L1信号通路来诱导效应T细胞的免疫耐受，从而消弱宿主的抗感染免疫反应并促进持续感染。研究表明，慢性淋巴细胞性脉络丛脑膜炎病毒、人类免疫缺陷病毒、乙型肝炎病毒及丙型肝炎病毒感染时病毒特异性CD8+T细胞上PD-1高度表达[3]。慢性病毒感染常以T细胞的功能障碍（耗竭）为特征，而PD-1/PD-L1通路能够直接影响T细胞对病毒的控制力[11]。负载抗原的抗原提呈细胞（antigen-presenting cell，APC）活化后，其表面的正性共刺激分子CD80和CD86表达上调，刺激初始的病毒特异性T细胞增殖、产生细胞因子及发挥细胞毒效应。而在慢性感染或抗原持续存在的情况下，T细胞发生衰竭，失去增殖能力。此时耗竭的T细胞高表达PD-1与APC表面的PD-L1结合，强烈抑制T细胞的功能。而阻断PD-1/PD-L1通路能使耗竭的T细胞再度活化、增殖、产生细胞因子及发挥细胞毒效应。此外，细菌及寄生虫也可以利用PD-1/PD-L1通路来逃避宿主免疫系统和限制免疫介导的宿主组织的损伤[11]。因此，PD-1/PD-L1通路拮抗剂有望成为慢性感染的新治疗策略。

2.3肿瘤

PD-1/PD-L1信号通路可抑制肿瘤抗原特异性T细胞的活化，下调T细胞介导的肿瘤免疫应答，从而在肿瘤免疫逃逸中发挥着重要作用。研究[3]表明，PD-L1在许多人类恶性肿瘤中大量表达，如肺癌、卵巢癌、结肠癌、黑色素瘤、鳞状细胞癌、肾细胞癌、胃癌、食管癌和乳腺癌等。PD-L1的高表达水平与多数肿瘤的不良预后呈正相关性[12]，但具体机制尚未清楚。对于病毒感染、细菌感染及持续化学刺激引发的肿瘤，PD-L1在肿瘤中的高表达，能够抑制活化的T细胞，促进持续感染，进而使肿瘤细胞增殖异生，最终形成恶性肿瘤。对于原发性的肿瘤，肿瘤细胞表面的PD-L1表达上调，抑制浸润性T细胞的抗肿瘤功能，使肿瘤细胞逃避免疫监视，甚至向远处转移。此外，肿瘤浸润性T细胞及巨噬细胞也表达PDL1，且表达水平亦与预后相关[1]。近来发现，肿瘤细胞PD-L1的表达诱导Treg的产生及其功能，肿瘤组织中Foxp3+Treg细胞的表达亦上调且与肿瘤的不良预后相关[4，13-14]。PD-L1以一种性激素依赖的形式来增强Treg的抑制功能，提示抗PD-L1抗体作为肿瘤免疫治疗手段时，性别差异有可能影响其治疗效果[15]。因此，抗PD-L1抗体、抑制Treg功能结合性激素拮抗剂将为肿瘤免疫治疗提供新方案。

3PD-1/PD-L1在口腔慢性疾病中的研究

3.1口腔扁平苔藓

口腔扁平苔藓（oral lichen planus，OLP）是一种常见的病因不明的，由T细胞介导的自身免疫性慢性炎症性疾病，女性发病率高。据研究，OLP的免疫病理机制可能是因为各种致病因素导致上皮细胞抗原性质的改变，这种改变的抗原被抗原提呈细胞摄取并提呈给CD+4辅T细胞，CD+4辅T细胞被激活并分泌Th1细胞因子———IL-2和IFN-γ，随后IL-2、IFN-γ与角质形成细胞上的主要组织相容性复合物Ⅰ类抗原肽复合物共同激活CD8+细胞毒性T细胞，促进角质形成细胞的凋亡[16]。PD-1/PD-L1对效应T细胞的抑制作用，对Treg发生及活化的调节作用，和性激素的相关性以及其在自身免疫性疾病及慢性感染中的重要作用均预示着其可能在OLP的发病机制中起着重要的作用。Youngnak-Piboonratanakit等[17]发现，PD-1在OLP病损组织的局部浸润T细胞及巨噬细胞中大量表达，PD-L1则表达在接近T细胞浸润区的上皮下和上皮内的淋巴细胞以及角质形成细胞上。IFN-γ可使体外培养的口腔黏膜上皮来源的角质形成细胞表面的PD-L1表达上调，而表达PD-L1后角质形成细胞又抑制T细胞增殖反应以及IFN-γ分泌。综上所述，PD-1/ PD-L1通路在OLP的发生发展中可能起着重要作用，针对该途径的激动剂可能为OLP的治疗提供广阔的应用前景。

3.2慢性牙周炎

慢性牙周炎是一种多因素作用的疾病，宿主对细菌攻击的应答反应是决定其是否发生以及病情轻重、范围大小、发展速度快慢等的重要因素。菌斑细菌及其产物介导的宿主的免疫反应和炎症反应在牙周组织的破坏中起着重要作用[18]。在慢性感染中，病原微生物通常利用PD-1/PD-L1信号通路来抑制效应T细胞的表达，消弱宿主的抗感染免疫反应，限制免疫介导的宿主组织的损伤并促进持续感染。研究表明，PD-1/PD-L1信号通路可能参与了慢性牙周炎的发病过程。Figueira等[19]用免疫荧光共聚焦显微镜观察到，慢性牙周炎患者的牙龈病损区富集着能够表达PD-1的CD+4、CD+8 T细胞。此外，患者外周血中的T细胞无论是单独培养还是与伴放线放线杆菌抗原共培养都高表达PD-1，且与抗原共培养后T细胞增殖能力较弱，阻断PD-1信号通路后T细胞的增殖无显著变化，IFN-γ分泌水平却显著增加。这些数据提示，PD-1信号通路可能通过调节T细胞中IFN-γ的分泌水平来参与慢性牙周炎的发生发展。因此，PD-1信号通路可能成为治疗牙周炎的新途径。

3.3口腔恶性肿瘤

目前认为，PD-1/PD-L1信号通路在肿瘤免疫逃逸中起着重要作用。Tsushima等[20]研究发现，口腔鳞状细胞癌细胞中的PD-L1呈显著阳性表达，在肿瘤细胞的质膜及细胞质中发现有PD-L1的表达。同时体内及体外的实验结果表明，B7家族共刺激分子中PD-L1优先表达在口腔鳞状细胞癌细胞中。而在小鼠口腔鳞状细胞癌模型实验中发现，应用抗-PD-L1及抗-PD-1单克隆抗体治疗可使肿瘤生长明显得到抑制，这提示了PD-1/ PD-L1信号途径在抗肿瘤反应中的调节作用。因此，阻断PD-1/PD-L1途径可能有益于口腔恶性肿瘤的治疗。

4结语

综上所述，PD-1/PD-L1作为B7-CD28家族的一个负性共刺激信号途径，对免疫耐受及自身免疫性疾病、慢性感染、肿瘤等慢性疾病的发生发展发挥着重要作用。针对该途径的激动剂或拮抗剂为这些慢性病的治疗提供了广阔的前景。PD-1/PD-L1信号通路与性激素及Treg的相互作用为自身免疫性疾病和肿瘤的病理机制及治疗提供了新的思路。目前，PD-1/PD-L1信号通路在口腔领域的研究较少，主要集中于其参与OLP、慢性牙周炎和口腔恶性肿瘤的调节上，但随着该途径在口腔领域的深入研究，有可能为口腔慢性疾病的治疗带来新的思路。

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