程序性死亡受体1及其配体1在眼部疾病发病机制中的研究进展

田雪莲 综述 唐莉 审校

四川大学华西医院眼科 国家老年疾病临床医学研究中心，成都 610041

程序性死亡受体1(programmed cell death 1，PD-1)是一种重要的免疫抑制分子，除表达于T、B淋巴细胞、树突状细胞、巨噬细胞等免疫细胞表面，在人体的多种组织与器官(眼睛、肾脏等)等非免疫细胞中也有表达[1-2]。PD-1可以与程序性死亡-配体(programmed cell death 1 ligand，PD-L)1和PD-L2这2种配体结合发挥作用，其中PD-1与PD-L1结合可以传导抑制性的信号。T细胞表面的PD-1与抗原提呈细胞表面的PD-L1结合可以募集磷酸化的PI3K进而抑制AKT信号通路的传递，使T细胞和B细胞功能受损并发生免疫耐受[3]。近些年来关于PD-1/PD-L1的研究表明其在抗肿瘤、抗炎症、抗自身免疫性疾病及器官移植存活等方面均有重要的意义，并取得了一些突破性进展[4]。本文就PD-1/PD-L1在眼部疾病发病中的作用研究进展作一综述。

1 PD-1/PD-L1与视神经损伤

PD-1在视网膜神经节细胞(retinal ganglion cells，RGCs)的病理及生理发育过程中起着负性调控作用。视神经挤压伤小鼠模型RGCs中PD-1的表达显著升高，提示PD-1在视神经损伤RGCs的丢失过程中起着重要作用[5]；Sham等[6]研究发现，视网膜发育过程中神经元内PD-1配体的浓度决定神经元数量，与野生型小鼠相比，在2种PD-1配体基因都缺失的情况下，出生后第2天小鼠的RGC数量增加34%，成年小鼠RGC增加18%。在免疫系统中，细胞内含SH2结构域的磷酸酶-2(SH2 domain-containing phosphatase-2，SHP2)可以负性调控下游信号通路的分子如PI3K/Akt和ERK的产生，由此减少核转录因子κB和炎性因子的产生，减弱相应的信号通路，而PD-1可以募集磷酸化的SHP2，进而引起神经元功能的异常。此外，RGCs中的一种亚型上的PD-1不仅可以通过直接结合其自身PD-L1/PD-L2改变其下游信号转导，也可以作用于邻近表达PD-L1/PD-L2的细胞，诱发其他的细胞反应，这种效应被称为“逆转信号机制”，也是PD-1信号通路的一个重要特征[5]。PD-1信号通路在RGCs的生理性凋亡及病理性损伤中均起着不可忽视的作用，有望成为未来研究视神经保护机制的新靶点。

2 PD-1/PD-L1与眼部炎症-免疫性疾病

2.1 视神经脊髓炎

视神经脊髓炎(neuromyelitis optica，NMO)是一种免疫介导的以视神经和脊髓受累为主的中枢神经系统炎性脱髓鞘疾病，2004年首次发现NMO患者血清中有独特抗体，随后发现这种抗体可与水通道蛋白(aquaporin，AQP)4分子特异性结合，证实了NMO是一种自身免疫性疾病[7]。Xue等[8]系统分析了早期视神经脊髓炎谱系障碍(neuromyelitis optica spectrum disorder，NMOSD)患者外周血中膜型和可溶性诱导性共刺激分子(inducible costimulatory molecule，ICOS)/ICOS受体(ICOS ligand，ICOSL)和负性共刺激分子PD-1/PD-L1的表达，发现与对照组相比，NMOSD患者早期血液中的可溶性ICOSL表达升高，刺激性信号相对占主导地位，而可溶性PD-1和可溶性PD-L1表达升高，但配体与受体的比例保持不变，提示ICOS/ICOSL与PD-1/PD-L1表达的失衡可能是NMOSD病理过程中的重要机制，其有望成为早期鉴别诊断NMOSD的生物标志物或治疗靶点。Narumi等[9]首次报道了一位肺癌患者接受PD-1单克隆抗体nivolumab的二线治疗后出现了AQP4抗体阳性NMOSD后，Shimada等[10]也报道1例使用PD-1单克隆抗体pembrolizumab治疗肺腺癌伴脑转移的患者并发AQP4抗体阳性NMOSD，推测PD-1免疫抑制分子的阻断可能导致中枢神经系统B细胞介导的免疫反应，从而导致该并发症的发生。临床医生在治疗肿瘤疾病的过程中应充分了解并及时发现这种潜在的神经并发症，并尽快采取治疗措施。

2.2 葡萄膜炎

葡萄膜炎是指发生于葡萄膜、视网膜、视网膜血管及玻璃体的一组炎症性疾病[11]。葡萄膜中含有丰富的血管及色素，为眼球提供营养，其血管面积广且容量大，血流缓慢且色素组织又具有抗原特异性，因此，许多全身性炎症免疫介质容易受到血流影响而在此沉积，故为炎症性疾病的好发部位。葡萄膜炎的发病机制不详，目前认为其发病与感染、外伤、遗传及自身免疫反应等因素有关，多数葡萄膜炎由免疫反应所致。Li[12]等研究发现，PD-1的单核苷酸多态性与急性前部葡萄膜炎相关。Deng等[13]研究也发现，PDCD1/rs2227981基因多态性可能参与了交感性眼炎的遗传易感性。PDCD1基因rs6710479和rs7421861对汉族儿童特发性葡萄膜炎(pediatric idiopathic uveitis，PIU)具有易感性[14]。此外，Sim等[15]的研究结果显示，活动性Behçet病组外周血单核细胞(peripheral blood mononuclear cell，PBMC)中和皮肤病变中PD-L1 mRNA水平均较低，提示PD-L1的表达改变还可能参与了Behçet病的发病机制，其机制可能与诱导Treg分化受损有关。有文献报道抗PD-1抗体nivolumab治疗恶性黑色素瘤患者后出现了双侧急性前葡萄膜炎[16]、VKH样综合征[17]等葡萄膜炎反应。PD-1及其受体之间平衡态被打破可导致自身免疫性葡萄膜炎等疾病的发生，因治疗原因对PD-1及其配体的抑制作用也可引起眼部以及全身多个系统疾病。因而在治疗全身其他疾病的过程中，选择性阻断靶分子显得尤为重要，探讨PD-1及其通路在各个系统的作用和机制有助于我们对疾病的预防、诊断和治疗。

2.3 糖尿病视网膜病变

近年来，越来越多的证据表明糖尿病视网膜病变的发病机制除与高血糖、氧化应激、多元醇的积累及糖代谢终产物等因素有关外，免疫机制在其中的作用也不容小觑，PD-1/PD-L1是免疫系统中重要的负性调控分子，其在增生性糖尿病视网膜病变(proliferative diabetic retinopathy，PDR)发病中的作用逐渐被发现。Tu等[18]发现视网膜周细胞(retinal pericytes，RPCs)具有免疫抑制作用，并且可以通过细胞表面分子如PD-L1及可溶性分子如白细胞介素(interleukin，IL)-10抑制T细胞的反应，开启了探索PDR与PD-1关系的序幕。有研究发现，PD-1/PD-L1通路可以通过激活诱导性细胞凋亡的方式影响T细胞的功能[19]。Fang等[20]在PDR中发生激活诱导性细胞凋亡的淋巴细胞中检测到PD-1表达明显增加，其下游的炎性因子如干扰素-γ(interferon-γ，IFN-γ)和IL-4等表达量均升高且比例失衡，提示Th1/Th2失衡及Th1依赖性免疫应答可能在PDR发病机制中起重要作用。然而PD-1+IFN-γ+与PD-1+IL-4+细胞的比值在各组间无显著差异，推测PD-1可能是在不影响Th1和Th2细胞平衡的情况下参与PDR的发展。

2.4 Sjögren综合征

Sjögren综合征是一种自身免疫性疾病，主要侵犯唾液腺和泪腺等外分泌腺，病理上主要表现为外分泌腺的淋巴细胞局灶性浸润，血清中可检测出多种自身抗体。其发病机制尚未完全明确，一般认为是环境因素如病毒感染等在个人易感因素的基础上进一步促进疾病的发生。Kobayashi等[21]对Sjögren综合征患者唾液腺进行免疫组织化学分析发现，PD-1/PD-L1通路可能与Sjögren综合征的发病有关。Bolstad等[22]的研究发现，Sjögren综合征患者唾液腺标本中Fas、Fas配体、细胞毒性T淋巴细胞抗原-4(cytotoxic T-lymphocyte antigen-4，CTLA-4)及PD-1等凋亡相关因子的mRNA表达明显升高。但Legny[23]等研究发现，与正常对照组相比，原发Sjögren综合征患者外周血样本中PD-1、阳性T淋巴细胞含量均较低，而CTLA-4含量明显升高，其机制可能为PD-1通过与其受体相结合传递抑制信号导致细胞凋亡或者自身活化的T淋巴细胞失活，并至少通过阻断2个关键点维持自身耐受、阻止自身免疫的发生，内源性免疫系统也会通过PD-1通路阻止自身活化的淋巴细胞增生，而PD-1的下调可引起自身免疫耐受的破坏，活化的淋巴细胞过度活跃从而导致疾病的发生。

2.5 甲状腺相关眼病

甲状腺相关眼病(thyroid-associated ophthalmopathy，TAO)是常见的自身免疫性疾病，目前认为其主要是在遗传易感基础上由环境因素作用下引发的一系列由细胞免疫和体液免疫共同参与的免疫反应。TAO主要是由于体内的促甲状腺激素受体产生了异常的抗体而导致的调节T细胞功能损害，继而引起一系列的眼眶炎症反应，导致眼肌纤维化、局部脂肪细胞增生和眼外肌肿胀，出现眼球突出等临床表现。Pyzik等[24]的研究显示，与正常对照组相比，TAO患者PD-1阳性CD3+CD4+T细胞的比例和数量均明显上调。PD-1阳性T淋巴细胞能够提高甲状腺滤泡上皮细胞的活性，抑制其凋亡，从而进一步加速TAO的发展[25]。Newby等[26]的研究首次表明，PD-1编码基因PDCD1的微小变异可能有助于TAO的发展，大多数TAO相关的未知基因可能是由于几个小的遗传改变。lvarez-Sierra等[27]研究TAO、桥本甲状腺炎和多结节甲状腺肿患者和健康对照人群PBMCs、浸润甲状腺淋巴细胞和甲状腺滤泡细胞中PD-1、PD-L1及PD-L2等的表达水平，结果发现PD-1/PD-L1通路在甲状腺免疫疾病如TAO、桥本甲状腺炎等患者的腺体中被激活，但可能未达到抑制疾病进展的程度，而一些肿瘤患者经过抗PD-1/PD-L1治疗后产生甲状腺自身免疫，其可能是由于治疗干扰了局灶性甲状腺炎患者的PD-1/PD-L1耐受机制所致。PD-1/PD-L1通路可能成为未来治疗甲状腺免疫疾病等器官特异性自身免疫疾病的新途径。

2.6 角膜移植排斥反应

PD-1与角膜移植排斥反应也存在相关性。Medawar[28]的早期实验表明，角膜可以避免或逃避同种免疫排斥过程引起的损害。正常的角膜上皮细胞、基质细胞和内皮细胞不表达主要组织相容性复合物(major histocompatibility complex，MHC)Ⅱ类，只弱表达MHCⅠ类抗原[29]；而角膜内皮细胞表达CD95L等免疫调节因子[30]。因此，角膜内皮在保护角膜移植物免受免疫排斥反应中起着中心作用[31]。Sugita等[31]的研究表明人角膜内皮细胞可通过PD-1/PD-L1相互作用损害CD4+T细胞的效应因子功能和抑制Th1的活化，因此角膜内皮可以通过诱导外周免疫耐受来维持眼前房的免疫赦免状态。Hori等[32]发现B7-H1在角膜内皮和基质上的表达可诱导移植部位效应T细胞凋亡，有助于维持角膜移植的免疫赦免状态，推测B7-H1介导的异体角膜移植免疫排斥反应可能的机制为与PD-1相互作用参与诱导前房相关免疫偏离的发生或通过诱导凋亡阻断PD-1阳性效应T细胞的免疫排斥反应。Watson等[33]通过制备二聚体PD-L1免疫球蛋白刺激PD-1的表达，并发现PD-1的表达增强显著延长了角膜移植植片的存活时间。在角膜移植排斥反应中，PD-1及其配体的作用成为了一种保护措施，促进或增强其表达可有效提高移植物的存活时间。

3 PD-1/PD-L1与眼部肿瘤性疾病

3.1 黑色素瘤

黑色素瘤是临床上较为常见的皮肤粘膜和色素膜恶性肿瘤，也是发病率增长较快的恶性肿瘤之一，年增长率为3%～5%。黑色素瘤是一种高度恶性肿瘤，易出现淋巴与血行转移，预后差，发生远处转移后患者5年生存率较低。黑色素瘤细胞中PD-L1表达上调，通过抑制IL-2的产生来抑制T细胞的功能，在局部微环境中存在的IFN-γ可促进PD-L1表达，从而减弱T细胞功能，介导免疫逃逸的发生，从而引起肿瘤的形成，因此选择性阻断PD-L1是免疫治疗黑色素瘤的方法之一。迄今为止，美国食品药品监督管理局已经批准了pembrolizumab和nivolumab 2种抗PD-1药物，这些药物在黑色素瘤患者治疗中初显成效。研究报道，pembrolizumab能显著延长晚期黑色素瘤患者的无进展期和总体生存期，虽然在葡萄膜黑色素瘤患者中只有小部分患者有效，但对治疗敏感的患者可以显著控制病情，且患者对PD-1和PDL-1抗体治疗的耐受性良好[34-35]。Kini等[36]和Pinto等[37]的病例报道发现，pembrolizumab对于已出现眼眶浸润或淋巴结和皮肤转移的结膜黑色素瘤也同样有效，上述案例分别在完成治疗后的1年、6年均无复发情况；而Sagiv等[38]观察5例使用抗PD-1治疗转移性结膜黑色素瘤患者发现，4例患者在治疗结束后的第1、7、9和36个月随访时均未见复发，1例患者在接受治疗期间有6个月的稳定期，随后疾病进展，不得不停止该治疗并更改为其他治疗方式。目前应用免疫检查点抑制剂治疗眼黑色素瘤的临床效果尚不确切，未来仍需进行大样本量的统计学分析。

在眼部肿瘤性疾病中，PD-1/PD-L1的表达成为我们治疗肿瘤的新靶点。但在应用抗PD-1治疗肿瘤性疾病中，一方面阻断PD-1/PD-L1表达来减弱其对T细胞功能的抑制，延缓肿瘤的发生和发展，另一方面，过度的阻断又将引发新的疾病。临床医生在应用免疫方法治疗肿瘤性疾病的过程中也应了解药物可能出现的其他系统不良后果，早发现早治疗。

3.2 眼附属皮脂腺癌

眼附属皮脂腺癌(ocular adnexal sebaceous carcinoma，OASC)是一种起源于眼周皮脂腺的侵袭性恶性肿瘤，OASC在临床上常表现为眼部炎症疾病，如睑结膜炎和霰粒肿，因而高达50%的患者被误诊[39]。Kandl等[40]对24例原发性OASC的组织进行了病理分析，结果显示50%患者肿瘤组织表达PD-L1，且PD-L1在肿瘤细胞表达量越高，肿瘤相关PD-1+T细胞密度越大。由于CD3+CD8+PD-1+T细胞浸润代表了一种“受抑制的T细胞表型”，对OASC的进展表现出明显抑制，他们推测可以通过阻断免疫检查点来消除PD-1/PD-L1的相互作用，诱导免疫浸润来治疗晚期OASC。

目前眼部疾病中PD-1及其配体的相关研究还很局限，不能完全阐明PD-1与各眼部疾病的关联性和作用性，探讨PD-1及其配体PD-L1在眼部疾病的发病机制有重要意义，充分了解PD-1通路在某一疾病中扮演的角色后再针对PD-1或者其配体进行相应的阻断或者加强，以预防或者治疗相关疾病，如在脉络膜、结膜恶性黑色素瘤等疾病对PD-1阻断可以延缓肿瘤的进展，而在葡萄膜炎中增强PD-1的表达或许能够缓解葡萄膜炎的进展。随着PD-1研究在眼科领域的逐渐推进，既往发病机制未明确的某些疾病也逐渐证实与共抑制性分子有关，相信未来的研究将为眼科诸多疾病的PD-1相关发病机制和治疗策略提供更多临床数据支持。

利益冲突所有作者均声明不存在利益冲突