劉亞男 余 追 姚 蘭 柳 舟 侯 果
(武漢大學(xué)人民醫(yī)院重癥醫(yī)學(xué)科,武漢430060)
近年來,乙型肝炎病毒(Hepatitis B virus,HBV)感染后機體免疫調(diào)控機制的研究越來越受到重視。在HBV感染過程中,特異性T細(xì)胞功能的耗竭,與HBV感染的慢性化密切相關(guān)。耗竭的T細(xì)胞增殖能力、分泌效應(yīng)細(xì)胞因子的能力以及毒性殺傷能力降低,不能夠起到有效清除病毒的效應(yīng),從而導(dǎo)致HBV不能有效清除。因此,對誘導(dǎo)HBV病毒特異性CD8+T細(xì)胞功能耗竭因素的研究十分重要。耗竭的T細(xì)胞一個重要的特點就是過表達(dá)一些抑制性表面分子,包括程序性死亡受體-1(Programmed death 1 receptor,PD-1)、淋巴細(xì)胞激活基因-3 (Lymphocyte-activation gene 3,LAG3)以及T細(xì)胞免疫球蛋白黏蛋白3(T cell immunoglobulin and mucin domain containing molecule 3,Tim-3)等[1,2]。這些受體分子能夠與其相應(yīng)的配體結(jié)合,例如Tim-3與其配體半乳糖苷結(jié)合蛋白9(β-galactoside-binding protein,Galectin-9,Gal-9)結(jié)合,誘導(dǎo)T細(xì)胞功能耗竭。
Tim-3及其配體Gal-9在包括HBV在內(nèi)的多種病毒感染所致的T細(xì)胞功能紊亂過程中發(fā)揮著重要作用,是參與誘導(dǎo)T細(xì)胞耗竭的重要負(fù)調(diào)控分子之一。有研究發(fā)現(xiàn),在HBV感染所致肝臟炎癥的過程中,主要由庫否細(xì)胞(Kuffer cell,KC)表達(dá)的循環(huán)中的Gal-9蛋白增多[3],這與丙型肝炎病毒(Hepatitis C virus,HCV)研究中發(fā)現(xiàn)的結(jié)果一致[4]。同時此研究還發(fā)現(xiàn),HBV感染者與健康對照相比,HBV特異性CD8+T細(xì)胞表達(dá)的Tim-3分子明顯上調(diào)。而體外阻斷Gal-9/Tim-3這一通路,能夠有效恢復(fù)HBV特異性CD8+T細(xì)胞的功能,使其分泌效應(yīng)細(xì)胞因子和增殖能力增強[3]。另有研究發(fā)現(xiàn),在對HBV感染相關(guān)的肝癌患者中,Gal-9和Tim-3分別在癌組織的KC和T細(xì)胞上高表達(dá),參與介導(dǎo)T細(xì)胞功能的耗竭[5]。
在病毒感染過程中,大量IFN-β和IFN-γ的產(chǎn)生,誘導(dǎo)Gal-9在肝臟中大量表達(dá)。大量表達(dá)的Gal-9與病毒特異性CD8+T細(xì)胞表面的Tim-3分子結(jié)合相互作用,誘導(dǎo)T細(xì)胞功能耗竭,細(xì)胞凋亡[4,6]。另外,大量的Gal-9表達(dá),促進(jìn)肝內(nèi)Tregs細(xì)胞增殖,進(jìn)一步抑制抗原特異性T細(xì)胞的功能[4]。另有研究發(fā)現(xiàn),在急性感染期和慢性的乙肝患者的外周血中,CD4+和CD8+T細(xì)胞表達(dá)Tim-3上調(diào),并且發(fā)現(xiàn)抗病毒治療后的慢乙肝患者以及急性患者的恢復(fù)期,Tim-3表達(dá)減少[7]。
1.1Gal-9分子特點 凝集素家族是一群糖結(jié)合蛋白,這一家族的分子都有1~2個保守的具有較高的半乳糖親和性的識別碳水化合物的結(jié)構(gòu)域[8]。它們在哺乳動物的組織中分布廣泛,到目前為止,已經(jīng)鑒定出15種屬于這個家族的蛋白。在固有免疫和適應(yīng)性免疫細(xì)胞中,Galectins的表達(dá)也非常豐富,它們在機體免疫耐受和炎癥反應(yīng)過程中發(fā)揮著重要作用[9]。Gal-9作為凝集素家族的重要成員之一,在病毒感染的過程中,發(fā)揮著重要作用。一系列的研究表明,它是一個起著關(guān)鍵作用的免疫調(diào)控分子,不僅參與調(diào)控細(xì)胞黏附、遷移、增殖和凋亡,還能夠直接與病原微生物相互作用,還可以影響Treg細(xì)胞的分化和功能以及樹突狀細(xì)胞(Dendritic cell,DC)的成熟和抗病原微生物效應(yīng)[10,11]。
Gal-9最早是從霍奇金病患者的腫瘤組織中克隆出來的,最初被認(rèn)為是嗜酸性粒細(xì)胞趨化因子[12]。其分子結(jié)構(gòu)具有Galectins家族的串聯(lián)-重復(fù)的特點,分子兩端分布兩個相似的糖識別結(jié)構(gòu)域(Carbohydrate reconciliation domain,CRD),兩端的CRD被一個較短的連接肽結(jié)合在一起[13]。人的galectin-9分子N和C末端的兩個CRD,分別含有148和149個氨基酸,CRD功能結(jié)構(gòu)域是其能夠與Tim-3結(jié)合的重要結(jié)構(gòu)特征。同時,根據(jù)其連接肽的長度不同,共分為3個轉(zhuǎn)錄異構(gòu)體。較長的連接肽包含58個氨基酸,中等長度的飽含26個氨基酸,最短的只包含14個氨基酸[14,15]。3個異構(gòu)體不同的生物學(xué)功能之間的區(qū)別未見報道。
與Galectins家族的其他蛋白相似,Gal-9在組織和細(xì)胞中表達(dá)很普遍,在嗜酸性粒細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、T淋巴細(xì)胞、DC、巨噬細(xì)胞、KC、淋巴結(jié)、小腸上皮細(xì)胞以及血管內(nèi)皮細(xì)胞中均有表達(dá)[4,11,16,17]。Gal-9能夠與多種配體如Tim-3、細(xì)胞蛋白二硫鍵異構(gòu)酶、IgE等結(jié)合[15,18,19]。因此Gal-9在調(diào)節(jié)機體固有免疫和適應(yīng)性免疫的過程中,能夠通過與不同的配體結(jié)合在不同的系統(tǒng)中發(fā)揮多向調(diào)節(jié)的作用。研究表明,Gal-9與T細(xì)胞表面的Tim-3分子結(jié)合,能夠誘導(dǎo)細(xì)胞Ca2+內(nèi)流,并通過caspase-1信號通路誘導(dǎo)T細(xì)胞凋亡[20-22]。
1.2Tim-3分子結(jié)構(gòu)特點 Tim-3是T細(xì)胞免疫球蛋白黏蛋白(Tim)家族中的一員。Tim家族蛋白通常表達(dá)在細(xì)胞膜表面,可作為可溶性分子或者細(xì)胞表達(dá)的配體分子的受體;Tim家族的一個共同特點就是其蛋白的胞外段均包含一個位于N末端的免疫球蛋白多變區(qū)(IgV),此區(qū)約由100個氨基酸組成且包含一個富有絲氨酸/蘇氨酸的黏蛋白區(qū)。另外,Tim家族分子胞質(zhì)內(nèi)的C末端富含酪氨酸,這個特點與Tim家族分子激活胞內(nèi)信號通路的功能密切相關(guān)[23-26]。
Tim-3是由甲型肝炎病毒細(xì)胞受體2(Hepatitis A virus cellular receptor 2,HAVCR2)基因編碼的I型跨膜蛋白[27]。HAVCR2基因飽含7個外顯子,其中外顯子1編碼信號肽序列,2編碼蛋白的IgV區(qū),3~5主要負(fù)責(zé)編碼黏蛋白結(jié)構(gòu)域,而6和7則編碼胞內(nèi)段。HAVCR2基因的1、2、6和7外顯子還能表達(dá)能夠抑制T細(xì)胞免疫反應(yīng)的可溶性Tim-3蛋白,但是對于Tim-3的研究主要集中于其膜表達(dá)形式的蛋白在免疫調(diào)節(jié)中的重要作用[28-30]。
Tim-3作為膜受體蛋白,主要通過與相應(yīng)的配體結(jié)合發(fā)揮作用。Tim-3有多個配體,包括磷脂酰絲氨酸、高遷移率族蛋白B1(High-mobility group box 1,HMGB1)以及Gal-9等[31-33]。Tim-3的IgV區(qū)含有糖基化位點的黏蛋白樣結(jié)構(gòu)域,使其能夠被Gal-9所識別。Zhu等[15]第一次發(fā)現(xiàn)了Gal-9是Tim-3的配體之一,并發(fā)現(xiàn)Gal-9/Tim-3參與調(diào)控T細(xì)胞免疫反應(yīng)。人和小鼠的Tim-3胞內(nèi)段分別為77和66個氨基酸序列,均含有被高度保守的氨基酸序列所包繞的6個酪氨酸序列,在對野生型小鼠和基因突變小鼠的研究中發(fā)現(xiàn),這幾個酪氨酸序列是胞內(nèi)酪氨酸激酶的潛在識別位點,是Tim-3參與調(diào)控細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的關(guān)鍵位點,但具體的調(diào)控過程和對細(xì)胞的影響目前并不清楚[23,24,34]。
Tim-3在Th1、Th2、B細(xì)胞、T細(xì)胞、DC、巨噬細(xì)胞(Macrophage,Mφ)等多種免疫細(xì)胞上均有表達(dá)[30]。近年來,作為抑制性受體之一,關(guān)于Tim-3的研究更多地集中在病原體感染后其對效應(yīng)T細(xì)胞功能調(diào)節(jié)的作用和機制。已有研究表明,阻斷Tim-3蛋白的功能,可上調(diào)機體CD4+T和CD8+T細(xì)胞功能,提示Tim-3在機體免疫調(diào)節(jié)的網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)中起著負(fù)調(diào)控的作用[7]。Gal-9是Tim-3這一膜受體的重要配體之一,大量的研究數(shù)據(jù)顯示,Gal-9/Tim-3通路在HIV、HCV和HBV感染過程中,均參與機體免疫功能的調(diào)節(jié),特別是病毒特異性T細(xì)胞功能的紊亂,導(dǎo)致病毒清除延遲,誘導(dǎo)感染慢性化[35-37]。
2.1Gal-9/Tim-3通路與效應(yīng)T細(xì)胞 在慢性病毒感染(如HBV、HCV及HIV等)中,均觀察到效應(yīng)T細(xì)胞的功能耗竭。如前所述,耗竭的T細(xì)胞過表達(dá)負(fù)性調(diào)控分子,Tim-3是負(fù)性調(diào)控分子中的一員。在對HIV感染的研究中發(fā)現(xiàn),HIV患者外周血中Tim-3+CD8+T細(xì)胞比例升高,且與Tim-3-T細(xì)胞相比,其功能也有損傷[38,39]。
在對慢性乙肝患者(Chronic hepatitis B,CHB)研究中發(fā)現(xiàn),CHB患者外周血中T細(xì)胞表面Tim-3分子的表達(dá)量與疾病進(jìn)展及嚴(yán)重程度密切相關(guān),Tim-3的表達(dá)隨著肝臟炎癥損傷加重而升高,病情好轉(zhuǎn)而降低[40]。通過對高壓尾靜脈注射HBV質(zhì)粒建造的小鼠HBV復(fù)制模型的研究發(fā)現(xiàn),肝內(nèi)過表達(dá)Tim-3的CD8+T細(xì)胞分泌IFN-γ的能力顯著降低,而沉默Tim-3,則能夠增強IFN-γ分泌并能夠間接促進(jìn)HBV中和抗體的產(chǎn)生[41]。與CHB不同,在急性乙肝患者(Acute hepatitis B,AHB)中,感染的早期能夠觀察到效應(yīng)T細(xì)胞Tim-3表達(dá)增多,但肝臟的炎癥程度和血清中IFN-γ水平?jīng)]有關(guān)系,并且在疾病的恢復(fù)期Tim-3的表達(dá)迅速降低[7]。上述發(fā)現(xiàn)表明,在HBV感染過程中,Tim-3通路在誘導(dǎo)效應(yīng)T細(xì)胞耗竭的過程中,發(fā)揮著重要作用。
如前文所述,病毒感染后肝內(nèi)分泌的IFN-γ及IFN-β誘導(dǎo)Gal-9大量表達(dá),表達(dá)的Gal-9與T細(xì)胞表面受體Tim-3結(jié)合削減CD8+T細(xì)胞分泌細(xì)胞因子和增殖能力。而在對慢性HBV感染中發(fā)現(xiàn),Gal-9/Tim-3通路上調(diào)與誘導(dǎo)T細(xì)胞功能耗竭相關(guān)。另有研究發(fā)現(xiàn),體外阻斷Gal-9/Tim-3通路能夠重建HBV特異性CD8+T細(xì)胞的功能,有效恢復(fù)其毒性殺傷功能、分泌IFN-γ的能力及增殖功能[3,4,6]。近期有研究者對HBV感染所致的肝細(xì)胞性肝癌的研究中發(fā)現(xiàn),在肝癌組織與癌旁組織中Gal-9、Tim-3表達(dá)上調(diào),并有T細(xì)胞功能紊亂密切相關(guān)[5]。
2.2Gal-9/Tim-3通路與Treg/Th17 細(xì)胞 Treg細(xì)胞是一類CD25+Foxp3+CD4+的調(diào)節(jié)性T細(xì)胞,這類細(xì)胞能夠分泌抑制性的細(xì)胞因子如IL-10、TGF-β等,從而抑制T細(xì)胞功能[42];而Th17是近年來發(fā)現(xiàn)的CD4+T細(xì)胞的一個亞群,以能夠分泌細(xì)胞因子IL-17為主要特點[43]。近年來,大量研究發(fā)現(xiàn),Treg與Th17兩種細(xì)胞類型在包括HBV在內(nèi)的慢性病毒感染過程中起到負(fù)性調(diào)控T細(xì)胞功能的作用。在對CHB患者的外周血及肝組織檢測中發(fā)現(xiàn),患者單核細(xì)胞中這兩類細(xì)胞的比例明顯增高;增高的Th17的比例,與肝臟損傷的炎癥程度密切相關(guān)[44-46]。
Gal-9/Tim-3通路參與調(diào)控多種免疫細(xì)胞的功能,包括Treg。研究表明,體外阻斷Gal-9/Tim-3通路,能夠有效降低Treg的抑制功能[47,48]。在小鼠體內(nèi),Treg細(xì)胞自然表達(dá)Tim-3;而人類Treg細(xì)胞靜息狀態(tài)下并不表達(dá)Tim-3,但激活后則上調(diào)Tim-3表達(dá)。同時,Tim-3陽性的Treg細(xì)胞,還表達(dá)LAG3、T淋巴細(xì)胞抗原4(T-lymphocyte antigen 4,CTLA-4)、TNF受體及PD-1等負(fù)性調(diào)控分子[47]。另外,在對腫瘤的研究中,Tim-3已經(jīng)被認(rèn)定為是Treg細(xì)胞的一個分子標(biāo)志[49]。
Tim-3被報道參與調(diào)控Th17細(xì)胞的功能,在這個過程中,Tim-3能夠抑制Th17細(xì)胞激活及分泌IL-17的能力[50]。然而,針對慢性病毒感染如HCV、HBV等,Tim-3在Th17細(xì)胞上的表達(dá)特點的研究并不多。總之,在慢性HBV感染過程中,Gal-9/Tim-3通路在調(diào)控機體適應(yīng)性免疫中發(fā)揮著十分重要的作用,其表達(dá)上調(diào),抑制機體抗病毒反應(yīng),參與誘導(dǎo)病毒感染持續(xù)。而阻斷這一信號通路,能夠有效恢復(fù)機體效應(yīng)T細(xì)胞功能,對CHB患者的病毒控制有著非常重要的意義。因此,Gal-9/Tim-3這一信號通路可能在未來會成為CHB治療的一個新的作用靶點。
適應(yīng)性免疫在HBV感染中的作用非常重要,而固有免疫對HBV相關(guān)的疾病進(jìn)展也至關(guān)重要。在HBV感染過程中,固有免疫系統(tǒng)的病原相關(guān)分子模式及其信號通路激活的相關(guān)固有免疫反應(yīng),發(fā)揮著非常重要的作用。與T細(xì)胞不同,許多重要的固有免疫細(xì)胞如NK細(xì)胞、NKT細(xì)胞、巨噬細(xì)胞以及單核細(xì)胞等,通常均表達(dá)Tim-3分子,而在病理狀態(tài)下,這些固有免疫相關(guān)的細(xì)胞類型Tim-3表達(dá)上調(diào),干擾Gal-9/Tim-3通路則改變這些固有免疫細(xì)胞的功能[51,52]。
3.1Gla-9/Tim-3通路與單核細(xì)胞及巨噬細(xì)胞 單核細(xì)胞與巨噬細(xì)胞是固有免疫系統(tǒng)中兩個非常重要的細(xì)胞類型。機體遭遇病毒入侵后分泌大量的炎癥因子,誘導(dǎo)單核細(xì)胞迅速聚集于感染病灶并大量增殖分化為巨噬細(xì)胞,殺傷病原體。在CHB患者疾病后期發(fā)展為慢加急性肝衰竭的患者中,單核細(xì)胞表達(dá)Tim-3明顯上調(diào),并且與患者的ALT水平呈正相關(guān),提示單核細(xì)胞Tim-3表達(dá)水平與疾病進(jìn)展密切相關(guān)[53]。
在HBV感染過程中,巨噬細(xì)胞在病毒的清除和肝臟炎癥損傷過程中都發(fā)揮著重要的作用。巨噬細(xì)胞包括兩個亞型M1和M2,在HBV感染中,M1亞型主要參與病毒的清除,而M2亞型則減緩宿主的固有免疫反應(yīng),致使HBV感染慢性化,促進(jìn)HCC的發(fā)生發(fā)展[54,55]。有研究報道,病原感染誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞表達(dá)Tim-3上調(diào),可能參與調(diào)控這類細(xì)胞的激活以及細(xì)胞因子分泌[56];Toll受體的配體之一脂多糖能夠抑制巨噬細(xì)胞Tim-3的表達(dá),并有效恢復(fù)巨噬細(xì)胞部分殺傷功能,提示TLRs及其下游信號通路參與調(diào)控Tim-3的表達(dá)[57]。值得注意的是,Gal-9/Tim-3通路對固有免疫的調(diào)控作用較適應(yīng)性免疫復(fù)雜,在有關(guān)HCC的一篇報道中指出,Tim-3能夠誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞由M1型轉(zhuǎn)化為M2型,從而抑制HCC患者的肝臟炎癥反應(yīng)[52]。
3.2Gla-9/Tim-3通路與DC 在CHB疾病進(jìn)展過程中,DC作為重要的抗原提呈細(xì)胞之一,發(fā)揮著重要的免疫作用。在體內(nèi),DC細(xì)胞調(diào)控著HBV病毒的識別。研究報道,與健康對照者相比,HBV感染者DC細(xì)胞的功能受到損傷,但是損傷的機制尚并不明確[58,59]。DC細(xì)胞表面也表達(dá)Tim-3,并且與DC的激活相關(guān)。激活Gal-9/Tim-3通路能夠使DC合成和分泌細(xì)胞因子TNF-α。另外,在荷瘤裸鼠腫瘤動物模型中的研究發(fā)現(xiàn),激活Gal-9/Tim-3信號通路,能夠使成熟的DC數(shù)量增多,并使其抗腫瘤能力增強[60]。然而,另有研究認(rèn)為Gal-9/Tim-3通路上調(diào)可能負(fù)調(diào)控DC的功能。例如,一項研究發(fā)現(xiàn),Tim-3陰性的髓系來源的DC細(xì)胞(Bone marrow-derived DCs,BMDCs)與Tim-3陽性的BMDCs細(xì)胞相比,后者的功能顯示受到損傷,分泌細(xì)胞因子IFN-β1、IFN-α和 IL-6的能力明顯下降。
目前關(guān)于Tim-3調(diào)控DC細(xì)胞功能在HBV感染中的研究尚未見報道,但是在一項HCV的相關(guān)研究中發(fā)現(xiàn),HCV感染患者DC的功能受到損傷,而持續(xù)阻斷Tim-3則能夠在一定程度上恢復(fù)受損的DC的功能,這間接提示Tim-3可能起到抑制DC功能的作用[61]。
總之,Gal-9/Tim-3通路對DC起到的調(diào)控作用目前并不明確,而在HBV感染中這一通路對DC的調(diào)節(jié),尚未見相關(guān)報道,有待進(jìn)一步探索。
3.3Gla-9/Tim-3通路與NK細(xì)胞及NKT細(xì)胞 在肝臟中,NK細(xì)胞的數(shù)量幾乎是脾臟或者血液中的5倍,它是肝臟中比例最大的固有免疫細(xì)胞,在肝內(nèi)的固有免疫反應(yīng)中發(fā)揮著極其重要的作用。NK細(xì)胞在HBV感染中也發(fā)揮著重要作用,研究發(fā)現(xiàn)CHB患者外周血中NK細(xì)胞的數(shù)量顯著低于健康人群[62,63]。
關(guān)于Gal-9/Tim-3通路在調(diào)控NK細(xì)胞的功能的研究,目前有兩種觀點。一種觀點認(rèn)為Tim-3是NK細(xì)胞成熟的一個標(biāo)志,相關(guān)支持性的研究發(fā)現(xiàn),Gal/Tim-3通路激活能夠增強NK細(xì)胞分泌細(xì)胞因子IFN-γ的能力[64,65];另外一種觀點則認(rèn)為Tim-3抑制NK細(xì)胞的功能,支持性研究發(fā)現(xiàn),在HIV感染的過程中,Tim-3通路抑制NK細(xì)胞的功能,使其抗病毒能力減弱[66,67]。
HBV的相關(guān)研究發(fā)現(xiàn),Tim-3通路參與調(diào)控NK細(xì)胞的功能。在CHB患者和HBV轉(zhuǎn)基因小鼠模型中,NK細(xì)胞表達(dá)Tim-3上調(diào),而且,NK細(xì)胞上Tim-3的表達(dá)水平與患者的ALT水平呈現(xiàn)正相關(guān)。阻斷Gal/Tim-3通路能夠恢復(fù)CHB患者NK細(xì)胞以及NK92細(xì)胞系分泌細(xì)胞因子IFN-γ的能力[51]。這些證據(jù)表明,在HBV感染過程中,Gal-9/Tim-3通路負(fù)調(diào)控NK細(xì)胞的功能。
綜上所述,在固有免疫系統(tǒng)的調(diào)節(jié)中,Gal-9/Tim-3通路發(fā)揮著重要的調(diào)控功能,在HBV感染過程中,Tim-3在相關(guān)免疫細(xì)胞上表達(dá)上調(diào),并起到抑制這些細(xì)胞功能的效應(yīng)。但是,Gal-9/Tim-3通路在調(diào)節(jié)固有免疫細(xì)胞功能中的作用比較復(fù)雜,有待進(jìn)一步的研究探索。
在HBV感染及相關(guān)疾病中,Gal-9及Tim-3分子表達(dá)上調(diào),參與調(diào)控機體的適應(yīng)性免疫和固有免疫反應(yīng),提示Gal-9/Tim-3未來可能成為控制HBV感染的一個作用靶點,為HBV的治療提供新的探索方向。然而,目前關(guān)于Gal-9/Tim-3通路在HBV中的作用機制并不明確,例如,HBV如何誘導(dǎo)Tim-3和Gal-9分子在多種免疫細(xì)胞中的表達(dá)上調(diào)?Gal-9/Tim-3通路激活后調(diào)控適應(yīng)性免疫和固有免疫細(xì)胞功能的下游信號通路及具體機制是什么?而此通路在固有免疫中的調(diào)控作用,相關(guān)報道持相反觀點,提示Tim-3通路在固有免疫的調(diào)節(jié)作用是多重而復(fù)雜的,需要進(jìn)一步的研究探索。此外,Gal-9/Tim-3通路在對HBV感染中固有免疫調(diào)節(jié)中的研究并不充分,未來仍需進(jìn)一步深入探究。