共刺激因子在细胞免疫中的作用
作者：李宾 周春喜
单位：解放军总医院实验仪器中心流式细胞室，北京 100853
关键词：刺激因子；免疫；细胞；免疫疗法；肿瘤/治疗；器官移植
军医进修学院学报990128 李宾 周春喜 综述 陈钰 审校
中国图书资料分类法分类号 R 730.51
共刺激因子是一类参与免疫反应的辅助性分子，存在于T/B细胞、抗原提呈细胞(APC)和靶细胞表面(表 1)。在细胞对抗原的识别中通过细胞表面共刺激因子的特异结合，可有效增强T细胞与其它细胞的粘附，传导抗原刺激信息，参与细胞的免疫活化过程，在细胞抗原识别及免疫应答过程中起着重要作用。
表 1 共刺激因子的细胞表达类型 细胞类型
, http://www.100md.com
表达的共刺激因子
APC或靶细胞
CD80(B7-1)，CD86(B7-2)
活性T-细胞
CD28，CD152(CTLA-4)，CD40L
活性B-细胞
CD40
研究共刺激因子，对进一步阐明细胞免疫识别过程和机制以及探索新的临床免疫治疗方法都具有十分重要的意义。
1 与T细胞抗原识别
T细胞识别抗原需要有APC存在，APC摄取抗原并进行加工、处理，然后将其提供给T细胞。APC上所表达的粘附分子可有效增强T细胞与APC间的结合，并有助于诱导产生辅助信号。
, 百拇医药
T细胞的抗原识别主要包括以下四个步骤(表 2)〔1〕：①APC与T细胞通过表面的粘附分子相互作用。②T细胞受体(TCR)对抗原的识别；在与T细胞反应中，APC通过MHC-Ⅱ类(HLA-DR)分子与CD4+T细胞作用；通过MHC-Ⅰ类(HLA-A，B，C)分子与CD8+T细胞作用。TCR对抗原的起始识别信号可正向调节共刺激因子的表达。③共刺激信号是由T细胞表面的共刺激因子CD28 与APC表面的CD86 结合而产生的，该信号不仅可诱导T细胞合成并分泌细胞因子，还可刺激某些细胞因子受体的表达，如促进Th表达IL-2受体等。CD28/CD86 的结合信号对IL-2受体的表达起正调节作用，同时还诱导其它共刺激因子的表达：即T细胞表达CD152，与此对应APC表达CD80。由共刺激因子CD28/CD86、CD152/CD80 结合所产生的共刺激信号使经过TCR抗原识别后初始活化的T细胞进入完全活化状态。共刺激信号不足时，T细胞则不能被完全活化而呈现无反应状态(Anergy)，或者出现细胞凋亡〔2〕。④活化后进入增殖期的CD4+T细胞一部分转变为记忆性T细胞，另一部分分化成为Th1或Th2细胞。一旦Th1和Th2细胞被活化，即可参与并调节CD8+T细胞和B细胞的免疫应答反应。
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表 2 T-细胞抗原识别、活化的不同阶段及信号表达 步 骤
信 号
抗 原 表 达
第一步
粘附
CD11a/CD18,CD54,CD43,CD49d/CD29,CD58,CD106
第二步
TCR/MHC识别
HLA-DR, HLA-A,B,C,CD19,CD20,sIg, CD3,CD4,CD8,α/βTCR
第三步
, 百拇医药
共刺激
CD80，CD86，CD40，CD28，CD152，CD40L
第四步
增殖
IL-2，CD25，CD69
2 与B细胞活化
B细胞的共刺激因子表达与T细胞不同，主要为CD40 和CD40 配体(CD40L)〔3〕。B细胞与T细胞通过MHC/TCR相互作用并由此产生对T细胞表面的CD40L起正向调节作用的信号，而其它共刺激因子CD28、CD152 等也同时被表达并与相应配体结合。由Th2 细胞产生的IL-4被认为可与CD40L协同促进B细胞的活化。
由T辅助细胞介导的B细胞活化过程中，CD40/CD40L被认为是最重要的相关共刺激因子，这一结论已通过可溶性蛋白进行的阻断实验得到证实〔3，4〕。CD40/CD40L相互作用的丧失与B细胞同型免疫球蛋白转移和免疫记忆功能不全密切相关。因为由CD40抗原所介导的B细胞活化信号是同型转换过程所必须的，而记忆性B细胞需要从CD40L阳性的T细胞获得信号以便进入增殖阶段，进而分化为抗体分泌型浆细胞。研究发现CD40L变异是造成高IgM综合症的重要原因〔5〕。目前，对B细胞活化过程中是否需要其它共刺激因子的参入仍在研究之中。
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3 与肿瘤免疫
免疫活性细胞对肿瘤细胞的免疫监控及杀伤作用在肿瘤免疫中具有重要作用。然而在肿瘤免疫中，如何成功地诱导产生抗原特异性T细胞介导的抗肿瘤细胞毒作用，始终是摆在肿瘤和免疫学家面前的一项严峻的课题。
由抗原识别所引发的细胞毒作用或靶细胞杀伤主要由CD8+T细胞和NK细胞实现。而上述作用是通过不同的裂解机制完成的〔6〕。细胞毒性T细胞(CTL，主要为CD8+，也有少数CD4+T细胞)可通过MHC Ⅰ/Ⅱ类分子及TCR与肿瘤靶细胞作用，TCR/MHC抗原识别信号刺激CTL表达共刺激因子CD28，并进一步诱导表达CD152，CTL表面上述共刺激因子与肿瘤细胞表面对应的共刺激因子发生特异结合，即CD28/CD86、CD152/CD80相互作用，由此产生的共刺激信号使CTL完全活化进入增殖阶段，其所分泌的IL-2、IFN-γ等细胞因子参与了CTL对肿瘤细胞的细胞毒作用。同时，共刺激因子CD28/CD86、CD152/CD80间的相互作用将最终产生使靶细胞裂解的诱导信号而使靶细胞致死〔7〕，其中主要包括Fas-FasL引起的膜裂解和穿孔素(Perforin)及颗粒酶(Granzymes)的膜攻击作用〔8〕。
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在肿瘤免疫中，影响免疫活性细胞对肿瘤细胞的免疫监控及杀伤作用的因素众多，然而已有研究显示共刺激因子的作用及相关信号在上述过程中的作用。研究发现，CTL对肿瘤细胞的低反应性中一个很重要的原因就在于共刺激因子CD28和CD152 与肿瘤细胞表面B7 家族分子间相互作用的丧失，而造成这种状况的原因在于肿瘤细胞表面不能正常表达B7家族共刺激因子〔1，9〕。这使得经抗原识别后初始活化的CTL不能进入完全活化状态，因而不能产生对肿瘤细胞起免疫攻击作用的细胞因子，亦不能诱导产生对肿瘤细胞进行膜裂解的信号。总之，T细胞与肿瘤细胞间的共刺激信息将最终决定肿瘤特异性细胞免疫反应的发生。因此，有可能通过弥补或增强共刺激信号传导来加强CTL对肿瘤细胞的免疫杀伤。目前用于提高肿瘤细胞识别能力的方法主要有：①通过细胞因子(IL-2等)诱导B7 家族分子的表达；②将B7 分子基因导入肿瘤细胞；③将B7 表达细胞与肿瘤细胞相融合。上述方法在动物实验中的成功进一步表明，对肿瘤细胞的起始识别不仅需要MHC/TCR的识别更需要共刺激因子的正常表达及相互作用。
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4 与器官移植
在移植免疫中，通过单克隆抗体阻断实验，干扰粘附分子的结合以及TCR/MHC的识别反应被认为是一种防止移植物排斥反应发生的解决办法〔1，10〕。然而，此种免疫排斥的抑制效应往往是短暂的，短时期后，免疫活性细胞将重新启动对移植物靶细胞的攻击过程。进一步研究表明，阻断共刺激因子的相互作用，即干扰CD28/CD80、CD152/CD86 间的反应，其抗排斥反应作用持续时间要长于阻断粘附分子或TCR/MHC识别反应的效应。Lenschow等〔11〕在小鼠胰岛β细胞的移植中，采用抗CD152 单抗诱导移植免疫耐受。实验发现，对照组移植细胞平均存活期仅 6 d，移植组织周围有明显的淋巴细胞浸润，移植细胞受损。而抗CD152 单抗组移植细胞型态及功能均正常，在用药期内未出现明显的免疫排斥反应。在心脏等器官移植实验中采用同样方法亦收到良好的抗移植物排斥反应效果〔12〕。上述研究表明，在适当条件下阻断CD28和CD152与B7 家族分子的结合，即阻止共刺激信号的产生，可诱导产生对移植物的抗原特异性免疫耐受，并使移植物在受体内较长期存活而无需使用其它的免疫抑制剂。目前普遍认为，对共刺激因子在移植免疫中作用的进一步研究，将有助于寻求新的抗移植物排斥反应途径。
, 百拇医药
对共刺激因子的研究，目前已成为基础及临床免疫学研究中的热点之一，此方面研究将有助于阐明免疫细胞活化及细胞间免疫反应的作用机制，并可望为临床肿瘤免疫及移植免疫等提供新的治疗途径。
参考文献
[1]Guinan EC, Gribben JG, Vicki AB et al.Pivotal role of the B7:CD28 pathway in transplantation tolerance and tumor immunity.Blood, 1994，84(10)∶3261
[2]Jonathan HE, Burden MN, Carole G et al.Interaction of CD80 and CD86 with CD28 and CTLA4.J Immunol, 1996，156(7)∶2700
, http://www.100md.com [3]Banchereau J, Bazan F, Blanchard D et al.The CD40 antigen and its ligand.Annu Rev Immunol, 1994，12∶881
[4]Josette PN, Catherine DG, Frederique MR et al.Functional expression of CD40 antigen on human epidermal Langerhams cells.J Immunol, 1995，155(9)∶4241
[5]Kroczek PA, Daniel G, Duilio B et al.Defective expression of C40 ligand on T cells causes “X-linked immunodeficiency with Hyper-IgM (HIGM1)”.Immunological Rew, 1994，138∶39
, http://www.100md.com
[6]Zychlinksy A, Zheng CM, Liu CC et al.Cytolytic lymphocytes induce both appotosis and necrosis in target cells.J Immunol, 1991，146(1)∶393
[7]Taylor M K, Cohen JJ.Cell mediated cytotoxicity.Curr Opin Immunol, 1992，4∶338
[8]Berke G, The binding and lysis of target cells by cytotoxic lymphocytes: Molecular and Cellular Aspects.Annu Rev Immunol, 1994，12∶735
[9]Linsley PS, Ledbetter JA.The role of CD28 receptor during T cell responses to antigen.Annu Rev Immunol, 1993，11∶191
, 百拇医药
[10]Gajewski TF, Fallarino F, William O et al.Tumor rejection requires a CTLA-4 ligand provided by the host or expressed on the tumor.J Immunol, 1996，156(7)∶2909
[11]Lenschow DJ, Zeng Y, Montag A et al.Long-term survival of xenogeneic pancreatic islet grafts induced by CTLA4 Ig.Science, 1992，257(5071)∶789
[12]Lin H, Bolling SF, Linsly PS et al.Long-term acceptance of major histocompatibility complex mismatched cardiac allografts induced by CTLA4Ig plus donor-specific transfusion.J Exp Med, 1993，178(5)∶1801
(1998—07—06收稿，1998—10—30修回), 百拇医药
单位：解放军总医院实验仪器中心流式细胞室，北京 100853
关键词：刺激因子；免疫；细胞；免疫疗法；肿瘤/治疗；器官移植
军医进修学院学报990128 李宾 周春喜 综述 陈钰 审校
中国图书资料分类法分类号 R 730.51
共刺激因子是一类参与免疫反应的辅助性分子，存在于T/B细胞、抗原提呈细胞(APC)和靶细胞表面(表 1)。在细胞对抗原的识别中通过细胞表面共刺激因子的特异结合，可有效增强T细胞与其它细胞的粘附，传导抗原刺激信息，参与细胞的免疫活化过程，在细胞抗原识别及免疫应答过程中起着重要作用。
表 1 共刺激因子的细胞表达类型 细胞类型
, http://www.100md.com
表达的共刺激因子
APC或靶细胞
CD80(B7-1)，CD86(B7-2)
活性T-细胞
CD28，CD152(CTLA-4)，CD40L
活性B-细胞
CD40
研究共刺激因子，对进一步阐明细胞免疫识别过程和机制以及探索新的临床免疫治疗方法都具有十分重要的意义。
1 与T细胞抗原识别
T细胞识别抗原需要有APC存在，APC摄取抗原并进行加工、处理，然后将其提供给T细胞。APC上所表达的粘附分子可有效增强T细胞与APC间的结合，并有助于诱导产生辅助信号。
, 百拇医药
T细胞的抗原识别主要包括以下四个步骤(表 2)〔1〕：①APC与T细胞通过表面的粘附分子相互作用。②T细胞受体(TCR)对抗原的识别；在与T细胞反应中，APC通过MHC-Ⅱ类(HLA-DR)分子与CD4+T细胞作用；通过MHC-Ⅰ类(HLA-A，B，C)分子与CD8+T细胞作用。TCR对抗原的起始识别信号可正向调节共刺激因子的表达。③共刺激信号是由T细胞表面的共刺激因子CD28 与APC表面的CD86 结合而产生的，该信号不仅可诱导T细胞合成并分泌细胞因子，还可刺激某些细胞因子受体的表达，如促进Th表达IL-2受体等。CD28/CD86 的结合信号对IL-2受体的表达起正调节作用，同时还诱导其它共刺激因子的表达：即T细胞表达CD152，与此对应APC表达CD80。由共刺激因子CD28/CD86、CD152/CD80 结合所产生的共刺激信号使经过TCR抗原识别后初始活化的T细胞进入完全活化状态。共刺激信号不足时，T细胞则不能被完全活化而呈现无反应状态(Anergy)，或者出现细胞凋亡〔2〕。④活化后进入增殖期的CD4+T细胞一部分转变为记忆性T细胞，另一部分分化成为Th1或Th2细胞。一旦Th1和Th2细胞被活化，即可参与并调节CD8+T细胞和B细胞的免疫应答反应。
, http://www.100md.com
表 2 T-细胞抗原识别、活化的不同阶段及信号表达 步 骤
信 号
抗 原 表 达
第一步
粘附
CD11a/CD18,CD54,CD43,CD49d/CD29,CD58,CD106
第二步
TCR/MHC识别
HLA-DR, HLA-A,B,C,CD19,CD20,sIg, CD3,CD4,CD8,α/βTCR
第三步
, 百拇医药
共刺激
CD80，CD86，CD40，CD28，CD152，CD40L
第四步
增殖
IL-2，CD25，CD69
2 与B细胞活化
B细胞的共刺激因子表达与T细胞不同，主要为CD40 和CD40 配体(CD40L)〔3〕。B细胞与T细胞通过MHC/TCR相互作用并由此产生对T细胞表面的CD40L起正向调节作用的信号，而其它共刺激因子CD28、CD152 等也同时被表达并与相应配体结合。由Th2 细胞产生的IL-4被认为可与CD40L协同促进B细胞的活化。
由T辅助细胞介导的B细胞活化过程中，CD40/CD40L被认为是最重要的相关共刺激因子，这一结论已通过可溶性蛋白进行的阻断实验得到证实〔3，4〕。CD40/CD40L相互作用的丧失与B细胞同型免疫球蛋白转移和免疫记忆功能不全密切相关。因为由CD40抗原所介导的B细胞活化信号是同型转换过程所必须的，而记忆性B细胞需要从CD40L阳性的T细胞获得信号以便进入增殖阶段，进而分化为抗体分泌型浆细胞。研究发现CD40L变异是造成高IgM综合症的重要原因〔5〕。目前，对B细胞活化过程中是否需要其它共刺激因子的参入仍在研究之中。
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3 与肿瘤免疫
免疫活性细胞对肿瘤细胞的免疫监控及杀伤作用在肿瘤免疫中具有重要作用。然而在肿瘤免疫中，如何成功地诱导产生抗原特异性T细胞介导的抗肿瘤细胞毒作用，始终是摆在肿瘤和免疫学家面前的一项严峻的课题。
由抗原识别所引发的细胞毒作用或靶细胞杀伤主要由CD8+T细胞和NK细胞实现。而上述作用是通过不同的裂解机制完成的〔6〕。细胞毒性T细胞(CTL，主要为CD8+，也有少数CD4+T细胞)可通过MHC Ⅰ/Ⅱ类分子及TCR与肿瘤靶细胞作用，TCR/MHC抗原识别信号刺激CTL表达共刺激因子CD28，并进一步诱导表达CD152，CTL表面上述共刺激因子与肿瘤细胞表面对应的共刺激因子发生特异结合，即CD28/CD86、CD152/CD80相互作用，由此产生的共刺激信号使CTL完全活化进入增殖阶段，其所分泌的IL-2、IFN-γ等细胞因子参与了CTL对肿瘤细胞的细胞毒作用。同时，共刺激因子CD28/CD86、CD152/CD80间的相互作用将最终产生使靶细胞裂解的诱导信号而使靶细胞致死〔7〕，其中主要包括Fas-FasL引起的膜裂解和穿孔素(Perforin)及颗粒酶(Granzymes)的膜攻击作用〔8〕。
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在肿瘤免疫中，影响免疫活性细胞对肿瘤细胞的免疫监控及杀伤作用的因素众多，然而已有研究显示共刺激因子的作用及相关信号在上述过程中的作用。研究发现，CTL对肿瘤细胞的低反应性中一个很重要的原因就在于共刺激因子CD28和CD152 与肿瘤细胞表面B7 家族分子间相互作用的丧失，而造成这种状况的原因在于肿瘤细胞表面不能正常表达B7家族共刺激因子〔1，9〕。这使得经抗原识别后初始活化的CTL不能进入完全活化状态，因而不能产生对肿瘤细胞起免疫攻击作用的细胞因子，亦不能诱导产生对肿瘤细胞进行膜裂解的信号。总之，T细胞与肿瘤细胞间的共刺激信息将最终决定肿瘤特异性细胞免疫反应的发生。因此，有可能通过弥补或增强共刺激信号传导来加强CTL对肿瘤细胞的免疫杀伤。目前用于提高肿瘤细胞识别能力的方法主要有：①通过细胞因子(IL-2等)诱导B7 家族分子的表达；②将B7 分子基因导入肿瘤细胞；③将B7 表达细胞与肿瘤细胞相融合。上述方法在动物实验中的成功进一步表明，对肿瘤细胞的起始识别不仅需要MHC/TCR的识别更需要共刺激因子的正常表达及相互作用。
, http://www.100md.com
4 与器官移植
在移植免疫中，通过单克隆抗体阻断实验，干扰粘附分子的结合以及TCR/MHC的识别反应被认为是一种防止移植物排斥反应发生的解决办法〔1，10〕。然而，此种免疫排斥的抑制效应往往是短暂的，短时期后，免疫活性细胞将重新启动对移植物靶细胞的攻击过程。进一步研究表明，阻断共刺激因子的相互作用，即干扰CD28/CD80、CD152/CD86 间的反应，其抗排斥反应作用持续时间要长于阻断粘附分子或TCR/MHC识别反应的效应。Lenschow等〔11〕在小鼠胰岛β细胞的移植中，采用抗CD152 单抗诱导移植免疫耐受。实验发现，对照组移植细胞平均存活期仅 6 d，移植组织周围有明显的淋巴细胞浸润，移植细胞受损。而抗CD152 单抗组移植细胞型态及功能均正常，在用药期内未出现明显的免疫排斥反应。在心脏等器官移植实验中采用同样方法亦收到良好的抗移植物排斥反应效果〔12〕。上述研究表明，在适当条件下阻断CD28和CD152与B7 家族分子的结合，即阻止共刺激信号的产生，可诱导产生对移植物的抗原特异性免疫耐受，并使移植物在受体内较长期存活而无需使用其它的免疫抑制剂。目前普遍认为，对共刺激因子在移植免疫中作用的进一步研究，将有助于寻求新的抗移植物排斥反应途径。
, 百拇医药
对共刺激因子的研究，目前已成为基础及临床免疫学研究中的热点之一，此方面研究将有助于阐明免疫细胞活化及细胞间免疫反应的作用机制，并可望为临床肿瘤免疫及移植免疫等提供新的治疗途径。
参考文献
[1]Guinan EC, Gribben JG, Vicki AB et al.Pivotal role of the B7:CD28 pathway in transplantation tolerance and tumor immunity.Blood, 1994，84(10)∶3261
[2]Jonathan HE, Burden MN, Carole G et al.Interaction of CD80 and CD86 with CD28 and CTLA4.J Immunol, 1996，156(7)∶2700
, http://www.100md.com [3]Banchereau J, Bazan F, Blanchard D et al.The CD40 antigen and its ligand.Annu Rev Immunol, 1994，12∶881
[4]Josette PN, Catherine DG, Frederique MR et al.Functional expression of CD40 antigen on human epidermal Langerhams cells.J Immunol, 1995，155(9)∶4241
[5]Kroczek PA, Daniel G, Duilio B et al.Defective expression of C40 ligand on T cells causes “X-linked immunodeficiency with Hyper-IgM (HIGM1)”.Immunological Rew, 1994，138∶39
, http://www.100md.com
[6]Zychlinksy A, Zheng CM, Liu CC et al.Cytolytic lymphocytes induce both appotosis and necrosis in target cells.J Immunol, 1991，146(1)∶393
[7]Taylor M K, Cohen JJ.Cell mediated cytotoxicity.Curr Opin Immunol, 1992，4∶338
[8]Berke G, The binding and lysis of target cells by cytotoxic lymphocytes: Molecular and Cellular Aspects.Annu Rev Immunol, 1994，12∶735
[9]Linsley PS, Ledbetter JA.The role of CD28 receptor during T cell responses to antigen.Annu Rev Immunol, 1993，11∶191
, 百拇医药
[10]Gajewski TF, Fallarino F, William O et al.Tumor rejection requires a CTLA-4 ligand provided by the host or expressed on the tumor.J Immunol, 1996，156(7)∶2909
[11]Lenschow DJ, Zeng Y, Montag A et al.Long-term survival of xenogeneic pancreatic islet grafts induced by CTLA4 Ig.Science, 1992，257(5071)∶789
[12]Lin H, Bolling SF, Linsly PS et al.Long-term acceptance of major histocompatibility complex mismatched cardiac allografts induced by CTLA4Ig plus donor-specific transfusion.J Exp Med, 1993，178(5)∶1801
(1998—07—06收稿，1998—10—30修回), 百拇医药