CD137/CD137L共刺激信号在自身免疫和肿瘤免疫中的应用研究进展

李双双 综述，刘 坚，石绮屏 审校

(暨南大学附属第一医院，广东 广州 510000)

免疫应答是免疫细胞特异性识别抗原后，经活化、增生、分化等，进而表现出一定生物学效应的全过程，其中一个重要的过程是T淋巴细胞的活化。在这个应答过程中，T细胞的活化并不是由单一信号激活的，而是由双信号共刺激完成，即T细胞的活化除了需要T细胞受体(TCR)识别主要组织相容性复合体Ⅰ/Ⅱ类分子和抗原肽的复合物外，还需要第二信号，由T细胞和抗原提呈细胞(APCs)表面的共刺激分子相互作用产生，以实现抗原依赖性T细胞活化、增殖，增强抗肿瘤免疫能力。共刺激分子的活化状态直接决定了T细胞的状态[1]。在各种共刺激分子中，CD137是肿瘤坏死因子受体超家族(TNFRSF)受体之一。

1 CD137及其配体的表达与特性

CD137(4-1BB，TNFRSF9)广泛表达于人体免疫细胞或非免疫细胞中，起传递活化、增殖或凋亡信号以维持人体免疫平衡的作用。CD137配体(CD137L)又称4-1BBL或肿瘤坏死因子超家族成员9(TNFSF9)，是一种Ⅱ型跨膜蛋白，主要表达于APCs表面，如巨噬细胞、树突状细胞、B细胞。T细胞表面抗原CD137与APCs表面特异性配体CD137L结合后，以独立于CD28的方式刺激2个相互作用的细胞，主要诱导T细胞和APCs的活化、增殖和成熟，促进细胞因子的分泌。CD137不仅优先激活CD8+T细胞，防止CD8+T细胞活化诱导的细胞死亡(AICD)，而且选择性诱导辅助性T细胞1(Th1)型细胞因子分泌，如干扰素-γ(IFN-γ)和肿瘤坏死因子-α(TNF-α)。CD137表达水平受TCR抗原表位亲和力差异的影响，刺激的强度和(或)类型也可能影响APCs上CD137L的表达[2]。然而，CD137/CD137L之间传导的信号也可能抑制T细胞效应，限制T细胞增殖和分化，抑制白细胞介素(IL)-2的产生。因为当T细胞表面不表达CD137时，T细胞和髓系细胞会出现过度增殖情况。这或许是因为CD137本身传递的信号导致树突状细胞产生某种调节分子，也可能由于CD137L向T细胞发出抑制性信号[3]。目前还没有文献报道CD137/CD137L之间抑制性信号的产生机制。

可溶性CD137(sCD137)是CD137没有协同刺激活性的可溶性形式。人类sCD137通过差异剪接产生，可能作为负调节剂依赖CD137L拮抗CD137的共刺激活性以抑制效应T细胞增殖。在缺氧和自身免疫性疾病中，如恶性肿瘤、类风湿性关节炎和强制性脊柱炎等患者血清sCD137水平会升高[4]。

2 CD137与疾病的关系

2.1CD137对自身免疫性疾病的影响 自身免疫性疾病是指在某种因素下，机体免疫系统失调而对自身抗原发生免疫应答并破坏组织脏器的疾病。如果没有共刺激信号，已识别抗原的T细胞将长期保持未激活状态，造成免疫耐受，甚至引起细胞凋亡。如果刺激过强，则引起自身反应性细胞活性增强，导致自身免疫性疾病。CD137/CD137L共刺激信号是1型细胞介导免疫反应的主要驱动因素之一，涉及多种自身免疫疾病，常见的包括系统性红斑狼疮(SLE)、类风湿关节炎(RA)、1型糖尿病(T1D)、强直性脊柱炎、甲状腺自身免疫病等。

SLE与自身反应性B细胞的过度激活，诱导浆细胞产生大量自身抗体有关，并与自身抗原和补体形成免疫复合物，导致由自身抗体和补体介导的组织损伤和炎性反应。谢长好等[5]通过分析30例SLE患者外周血T细胞，发现共刺激分子CD137表达水平高于对照组，且与24 h尿蛋白定量、SLE病情活动指数呈正相关，提示CD137表达水平上调使自身反应性T细胞持续异常活化，可能参与SLE肾脏病变及其他炎性反应，阻断CD137共刺激信号传导可能会缓解SLE病情进展。然而，近些年有研究持相反意见。免疫易感性MRL-Faslpr小鼠是一种SLE动物模型。阻断CD137/CD137L共刺激信号后，MRL-Faslpr小鼠脾脏CD4+T细胞和双阴性T细胞(DNTC)数量会增加，其过度活跃在一定程度上与疾病进展和病死率提高有关。有研究发现，B淋巴细胞增殖功能增强，自身抗体滴度增高，免疫复合物沉积加重，表现出更严重的脾肿大、淋巴结肿大、皮肤损伤和肾脏病变，并且早期病死率高于对照组(80%vs.40%)[6]。CD137L缺乏的B6.lpr小鼠模型证实了切断CD137共刺激信号通路会加重SLE疾病进展这一观点，但SLE相关性脑损伤和神经功能受损会减轻，Th17细胞群的比例明显增加，Th1细胞群呈下降趋势[7]。WONG等[8]研究指出，CD137L缺失会促使机体发生从Th1向Th2或Th17的免疫偏离。在使用激动性抗CD137单克隆抗体(anti-CD137 mAbs)治疗的B6.lpr小鼠中，总CD4+T细胞数减少，而总CD8+T细胞数增加，IFN增加，自身反应性B细胞和DNTC减少，生存期延长，利于肾脏病变逆转及预防狼疮性皮肤炎症，表明刺激CD137能够抑制狼疮易感小鼠的疾病进展，其中自身反应性B细胞减少的原因可能是增加的IFN依赖巨噬细胞促进B细胞凋亡[9]。与对照组相比，体内带有CD137共刺激基序的嵌合抗原受体-T细胞的MRL-Faslpr小鼠脾肿大消退，抗体和蛋白尿水平降低，肾脏淋巴细胞浸润和新月体沉积减少，颗粒免疫复合物减少或缺失，寿命延长，总体存活率高于对照组[10]。上述研究表明，激活CD137信号途径有利于延缓SLE进展，可作为新的治疗靶点用于降低自身反应性淋巴细胞水平和阻止自身免疫疾病进展。

T1D是一种免疫功能紊乱导致胰腺β细胞破坏、胰岛素分泌绝对缺乏，从而引起高血糖和酮症酸中毒的自身免疫性疾病。有研究发现，一个与T1D易感性相关的染色体区域编码CD137，表明CD137与T1D易感性之间存在一定联系[11]。CD137可根据表达的位置抑制或促进T1D的发生和发展，即CD4+T细胞中CD137的表达抑制非肥胖糖尿病(NOD)小鼠T1D进展，但其在CD8+T细胞中的表达至关重要，通过增强β细胞-自身反应性CD8+T细胞功能促进疾病发展，并且CD137缺乏可导致浸润胰岛的CD8+T细胞比例减少[12]。sCD137通过与活化T细胞上的CD137L竞争性结合以抑制T细胞活化功能。在体内，CD137+调节性T细胞对抑制T1D起重要作用，而CD137-调节性T细胞抑制T1D的活性受损可能是其不能产生sCD137[13]。与野生型NOD小鼠相比，NOD.TNFSF9-/-小鼠β细胞-自身反应性CD8+T细胞减少，T1D发病率显著降低，发病时间延迟[14]。

RA是一种以滑膜增生、炎症细胞募集、关节内纤维蛋白沉积为特征的慢性炎症性疾病，最终导致软骨和骨破坏。张榕等[15]通过检测30例RA患者外周血发现，RA以CD4+T细胞功能亢进为主，且T细胞CD137表达水平显著高于对照组，代表Th1分泌的细胞因子IFN-γ水平显著高于代表Th2分泌的IL-4水平，提示CD137可能促使辅助性T细胞向Th1细胞产生免疫偏离，参与RA的关节炎症和免疫损伤。激动性anti-CD137 mAbs可抑制CD4+T细胞反应，诱导CD11c+CD8+T细胞扩增、抑制IL-1β、TNF-α、IL-6产生和清除血清抗Ⅱ型胶原(CⅡ)抗体，从而减轻CⅡ诱导的关节炎反应[16]。

在其他自身免疫性疾病中，干燥综合征(SS)是一种以唾液腺和泪腺功能下降而出现口干、眼干为特征的慢性炎性自身免疫病。对7周龄的NOD小鼠腹腔注射激动性anti-CD137 mAbs，可发现经激动性抗体处理的NOD小鼠唾液流速高于对照组，唾液腺炎症发生率降低，阻止NOD小鼠SS样涎腺炎的发生[17]。多发性硬化(MS)是一种以脱髓鞘、巨噬细胞和小胶质细胞激活和胶质增生为特征的神经退行性自身免疫性疾病。用激动性anti-CD137 mAbs治疗实验性自身免疫性脑脊髓炎(EAE)小鼠可抑制致病性IL-17产生并降低疾病的发生率和严重程度[18]。WONG等[19]研究发现，MS患者脑组织中存在CD137+细胞，且主要出现在脱髓鞘的活跃炎症部位，在活动病变期间表达显著增高，表明CD137+细胞参与疾病炎症过程，并且MS患者鞘内sCD137释放增加。

目前，关于CD137在风湿性疾病中作用的相关数据较少。但不可否认的是，CD137参与了多种自身免疫性疾病的免疫病理损伤，并且发挥的作用各不相同，这与疾病所损伤的靶器官及患者的免疫状态等有着密切关系，并且激动性anti-CD137 mAbs可能成为多种自身免疫疾病的候选治疗药物。

2.2CD137对肿瘤疾病的影响 CD137信号通路与抗肿瘤免疫之间具有密切关系，其作为免疫刺激剂，不仅影响T细胞、B细胞和NK细胞等的活化和增殖，并且通过其介导的细胞活性调节肿瘤微环境，影响免疫治疗。通过抑制健康供体外周血单核细胞CD137信号传递，T细胞增殖反应性降低，分化功能受阻，T细胞免疫功能失调并且易发生EB病毒相关性淋巴瘤[20]。可见，CD137缺陷是恶性转化的易感因素。与CD4+T细胞相比，CD137主要促进CD8+T细胞增殖、存活和细胞毒性，促进记忆性CD8+T细胞的广泛形成，同时促使CD8+T向肿瘤内浸润并诱导抗肿瘤的免疫微环境重塑。CD137虽然优先表达于CD8+T细胞上，但在缺乏CD8+T细胞的情况下，CD137信号可将CD4+Foxp3+调节性T细胞重新编程为具有细胞毒性的CD4+T细胞，并诱导产生IFN-γ，恢复抗肿瘤免疫效应[21]。CD137在调节性T细胞中的作用仍需进一步研究，尤其是在人类机体中，因为数据表明CD137可增强或减弱调节性T细胞激活[22]。一项用anti-CD137 mAbs治疗病毒感染小鼠的研究显示，激活的CD137信号使淋巴滤泡结构改变和生发中心B细胞扩散，从而导致B细胞数量减少，减弱产生抗体的能力，进而抑制了抗原特异性抗体反应[23]。WONG等[8]研究发现，anti-CD137 mAbs使B细胞数量减少的原因可能是抑制了生发中心的CD137+滤泡树突状细胞和CD137L+B细胞之间的相互作用。自然杀伤(NK)细胞介导的抗体依赖性细胞介导的细胞毒性(ADCC)在抗肿瘤效应中的作用日益受到重视，可用于治疗过度表达特异抗原的各种癌症，如乳腺癌、B细胞淋巴瘤、神经母细胞瘤等。YONEZAWA等[24]研究表明，anti-CD137 mAbs治疗既可以刺激单克隆抗体激活的NK细胞从而增强ADCC效应，又可以促进单克隆抗体治疗诱导的抗原特异性T细胞增殖和细胞毒性，使先天性免疫反应和适应性免疫反应紧密结合，提高肿瘤特异性单克隆抗体的功效。此外，在体外极化模型中产生M1型和M2型巨噬细胞后发现，激活单核细胞/巨噬细胞上的CD137可触发其重新编程功能，使肿瘤微环境中的M1/m2平衡向代谢更活跃，具有更大抗肿瘤潜能的M1样表型转变[25]。然而，anti-CD137 mAbs免疫疗法并非完全没有不良反应，如部分患者可出现肝脏毒性[26]。

共刺激受体CD137的表达、功能和治疗潜力方面不仅在基础研究中取得了重大进展，而且正在进行的临床试验也预示着CD137作为重要免疫治疗靶点发挥最大临床疗效的可行性。目前，有研究集中于anti-CD137 mAbs与免疫检查点抑制剂或靶向药物等的组合治疗，如联合anti-CD137 mAbs与程序性细胞死亡蛋白-1(PD-1)受体抑制剂或细胞毒性T淋巴细胞相关抗原-4(CTLA-4)受体抑制剂用于黑色素瘤、卵巢癌和肺癌小鼠模型中，二者结合产生强有力的协同效应，增加T细胞存活率和效应功能[27]。在免疫原性差的人类黑色素瘤小鼠模型中，PD-1抑制剂和anti-CD137 mAbs的联合治疗可能比单独使用PD-1抑制剂或与CTLA-4抑制剂联合治疗更能增强人类黑色素瘤的放疗效果[28]。KOCAK等[29]研究显示，与观察到的协同治疗活性相比，将anti-CD137 mAbs与CTLA-4抑制剂联合治疗肿瘤，有可能改善单用anti-CD137 mAbs引起的肝脏毒性，因为CTLA-4抑制剂减少了anti-CD137 mAbs诱导的T细胞渗入肝脏。曲妥珠单抗是以人类表皮生长因子受体2(HER2)为靶点的人源化单克隆抗体，主要适用于HER2阳性乳腺癌女性，其抗癌机制之一是增强NK细胞介导的ADCC效应。KOHRT等[30]研究证明，曲妥珠单抗在体外和异种移植模型中定位肿瘤部位后，通过免疫球蛋白Fc片段与NK细胞上相应的Fcγ受体相互作用激活周围的NK细胞，从而上调共刺激受体CD137的表达；随后给予anti-CD137 mAbs促进活化的NK细胞释放细胞毒性颗粒，增强ADCC效应，从而有效地杀死乳腺癌细胞。这种先靶向肿瘤后靶向机体免疫系统的顺序抗体治疗策略可能为增强治疗性抗体在肿瘤中的疗效提供了新思路。肿瘤靶向抗体与宿主先天免疫系统激活相结合的方法除了可改善表达HER2的肿瘤治疗效果外，还可应用于利妥昔单抗(一种抗CD20单克隆抗体)治疗表达CD20的淋巴瘤和西妥昔单抗[一种靶向表皮生长因子受体(EGFR)的IgG1单克隆抗体]治疗表达EGFR的头颈部、结直肠肿瘤中[31-32]。未来需要进一步进行临床调查和研究，以确定这一创新性疗法是否广泛适用于临床治疗中。

共刺激受体CD137参与肿瘤免疫，并且与其他药物联合使用时能发挥协同作用，进一步提高抗肿瘤疗效，是一种在癌症免疫治疗中有前途的治疗靶点。然而，CD137的广泛表达使脱靶效应成为一种潜在的风险，因此必须谨慎地进行早期试验，进一步优化CD137介导的抗肿瘤方案，探索出最佳剂量及效果最佳的治疗组合，降低肝脏毒性和最大限度地减少自身炎症并发症，提高临床有效性和安全性，进一步改善肿瘤患者预后。

3 小 结

目前，越来越多的研究投入到CD137/CD137L信号通路中，对其机制、生物学特性也有了更为全面、深刻的了解。对于许多传统手段治疗效果不佳的疾病，CD137/CD137L信号通路为临床提供了广阔的应用前景。我们有理由相信，随着免疫学、分子生物学及现代医学的不断发展，CD137/CD137L信号通路一定会在自身免疫及肿瘤免疫等其他方面提供更多新的思路与可能。