来源：国际呼吸杂志2020年第11期
作者： 童慧 王迎难
三峡大学人民医院 宜昌市第一人民医院呼吸与危重症医学科 443000
通信作者：王迎难 Email：ycwyn@163.com
摘要
COPD的特征在于持续的气道炎症和不可逆的气流受限，全球发病率、病死率均很高。越来越多的研究表明COPD患者存在免疫缺陷，其中程序性死亡蛋白1/程序性死亡蛋白配体1(PD-1/PD-L1)轴与炎症反应受损、急性加重风险提高密切相关。阻断PD-1/PD-L1轴可调节免疫反应并改善免疫状态，结合常规药物可提高COPD总体治疗效果。本文旨在总结COPD患者的免疫缺陷及PD-1/PD-L1轴参与其中的作用，为COPD新的治疗方法提供参考。
根据2019年慢性阻塞性肺疾病全球倡议，COPD是全球第4大死因，预计到2020年将成为第3大死因[1]。目前还没有有效的治疗方法来逆转COPD引起的肺损伤，迫切需要探索新的方法来防止疾病进展。先天免疫反应是防御病原体入侵的第一道屏障，淋巴细胞通过细胞间的相互作用和分泌的细胞因子如肿瘤坏死因子α、(tumor necrosis factor α，TNF-α)、干扰素γ(interferon γ，IFN-γ)在免疫反应的调节中扮演关键角色[2]。目前，免疫失调被认为是COPD引起局部和系统炎症损伤的重要机制。慢性感染和持续抗原呈递可引起T细胞分布和功能障碍，导致细胞介导的免疫反应异常[3]。T细胞表达程序性死亡蛋白1(programmed cell death protein 1，PD-1)，一种与免疫应答缺陷相关的负性共刺激分子，COPD患者该分子表达增多[4]。PD-1和细胞毒性T淋巴细胞相关抗原4(cytotoxic T lymphocyte-associated antigen 4，CTLA-4)、T细胞衰减因子等构成了一个复杂的免疫调节系统，PD-1通过与其受体程序性死亡蛋白配体1(programmed death protein ligand，PD-L)结合抑制T、B细胞功能，尤其是CD8＋、CD4＋、辅助T细胞1(T helper cells 1，Th1)等重要效应细胞，并抑制T细胞增殖，减少细胞因子(IL-2、IL-10和IFN-γ)等的分泌，从而负面调节免疫反应[5]，降低身体对病原体的抵抗力，增加COPD急性发作的风险。通过阻断PD-1/PD-L1通路观察到CD8＋、CD4＋淋巴细胞凋亡减少以及病原体清除能力增加，因此PD-1抗体可能通过减少免疫细胞凋亡、激活免疫细胞发挥清除病原体的作用[6]，这将为COPD患者带来新的治疗手段，结合常规药物治疗可提高总体疗效。本文总结了COPD患者的免疫病理，分析PD-1/PD-L1轴介导的免疫缺陷，旨在为COPD的新治疗策略提供理论依据。
1 COPD的免疫紊乱
1.1 先天免疫紊乱
COPD急性加重将导致肺实质破坏及肺功能进一步下降。恶化的主要原因是感染，细菌和病毒感染占70%[7]。肺的先天免疫细胞包括巨噬细胞、中性粒细胞、单核细胞、树突状细胞、肥大细胞和自然杀伤细胞，COPD急性加重期(acute exacerbation of chronic obstructive pulmonary disease，AECOPD)患者尽管这些细胞数量增加，但免疫、吞噬能力受损[8]，尤以巨噬细胞受损明显。巨噬细胞有2种亚型：经典激活的巨噬细胞(M1)和交替激活的巨噬细胞(M2)。M1分泌促炎因子，促进炎症并防止病原体的侵入，并进一步加强细胞适应性免疫，M2分泌抗炎因子，它们在过敏和抑制炎症反应中发挥作用[9]。COPD患者M1吞噬功能失调是不能有效清除呼吸道病原体的主要原因[10]。凋亡细胞的摄取和清除是巨噬细胞的主要功能，尤其是M2，然而AECOPD患者的这一功能也受到损害。研究表明，M2在COPD患者中吞噬凋亡的中性粒细胞的能力降低[10]。此外，大量活化的中性粒细胞在AECOPD患者气道、痰及循环血中积累，参与介导免疫损伤破坏肺实质，这与其迁移增加和凋亡减少有关，且稳定期COPD(stable chronic obstructive pulmonary disease，SCOPD)淋巴细胞比例显著高于健康人，急性加重期更进一步升高，但其功能受损[11]，故COPD患者虽然先天免疫细胞数量增多，但免疫细胞功能障碍致使不能有效清除病原体而加重病情。
1.2 适应性免疫紊乱
研究发现，AECOPD患者外周CD4＋T细胞、CD8＋ T细胞占比显著高于SCOPD患者，且CD4＋T细胞/CD8＋ T细胞比值下降并出现异常极化[12]，这些都会导致不适当的免疫激活，尤其是适应性免疫系统[8]。幼稚T细胞通过抗原驱动，增殖和分化产生CD4＋T细胞。Th1和调节性T细胞(regulatory T cells，Treg)是CD4＋T细胞的两个亚群，Th1分泌大量IFN-γ，激活巨噬细胞、CD8＋T细胞并参与细胞免疫；Treg通过表达CTLA-4来抑制免疫应答。研究发现，在AECOPD患者中CTLA-4表达高于SCOPD患者和健康的非吸烟受试者，导致Th1细胞对病原菌的清除能力减弱，阻断CTLA-4可恢复Th1细胞功能[13]。与健康者相比，AECOPD患者Th1和Treg细胞占比明显升高，研究证实，炎症可诱导Treg、IL-10、转化生长因子β1的产生，造成效应T细胞功能的抑制[14]。在COPD患者中，CD4＋T细胞对抗原的反应受损，Treg强大的抑制作用进一步弱化了效应T细胞对抗原的反应[14]。总的来说，COPD患者Th细胞和Treg细胞之间的平衡受到干扰，效应T细胞不能对病原体作出有效的免疫反应，加之有免疫抑制作用的Treg的积累，最终导致免疫抑制，从而使COPD患者感染更难控制及肺功能恶化。
CD8＋T细胞在COPD的发展中起重要作用，AECOPD患者淋巴细胞中CD8＋T细胞的比例较SCOPD显著增加[15]。研究表明，肺实质和小气道中CD8＋T细胞越多，肺功能下降越严重[16]。CD8＋T细胞分为促炎细胞(主要有Tc1、Tc2和Tc17细胞)和抗炎细胞(主要是CD8＋Treg)两个子集，AECOPD患者的促炎CD8＋T细胞比例明显高于SCOPD患者，抗炎CD8＋T细胞的比例显著低于SCOPD和健康个体[17]。外周血CD8＋T细胞子集之间的不平衡是COPD免疫功能障碍的重要原因。虽然AECOPD患者肺实质中CD8＋T细胞比例升高，但抗病毒功能紊乱，这种紊乱与PD-1/D-L1轴有关[18]。
2 PD-1/PD-L1轴与COPD免疫紊乱
适应性免疫应答包括由B细胞介导的体液免疫和T细胞介导的细胞免疫，其功能失调是COPD的重要发病机制。T细胞是适应性免疫应答的主要效应细胞，它的活化需要细胞因子和双重刺激信号。只有抗原识别信号，即第一信号不足以有效激活T细胞，抗原呈递细胞需要与T细胞表面上的各种黏附分子结合，提供共刺激信号即第二信号，以完全激活T细胞。在没有共刺激分子的情况下，T细胞将不能有效发挥抗病原体作用并出现免疫耐受甚至凋亡。PD-1也称为CD279，是一种负性共刺激分子，在免疫细胞之间的通讯中起着非常重要的作用。与CTLA-4相似，PD-1具有免疫抑制作用。
PD-1表达广泛，CD4＋T细胞、CD8＋ T细胞、B细胞和单核细胞可以诱导表达。PD-1有PD-L1和PD-L2两种配体，PD-L1较PD-L2的表达广泛，而PD-L2的亲和力是PD-L1的2～6倍。PD-L2在巨噬细胞、树突状细胞和肥大细胞上表达；而PD-L1在CD8＋T细胞、CD4＋T细胞、B细胞、树突状细胞、巨噬细胞、肥大细胞表达。IFN-α、IFN-β、IFN-γ上调PD-L1的表达，对PD-L2的影响较小[19]。IL-10可以诱导单核细胞PD-L1的表达。PD-1/PD-L信号转导途径在体内针对病原体的免疫应答和自身免疫耐受的调节中起关键作用。引起慢性感染的许多病原体使用PD-1/PD-L轴来减弱抗炎反应，从而继续感染。与产生强效CD8＋T细胞的急性感染不同，CD8＋T细胞的功能在慢性病毒感染中受到很大影响[20]。在慢性感染模型中，如小鼠淋巴细胞脉络丛脑膜炎病毒或灵长类动物乙型、丙型肝炎病毒及获得性免疫缺陷综合征病毒等感染时，经常观察到免疫缺陷病毒特异性CD8＋T细胞持续存在，这种现象称为衰竭。T细胞衰竭代表一系列免疫缺陷，PD-1/PD-L1轴在此中起重要作用。
2.1 PD-1/PD-L1与CD8＋T淋巴细胞
该领域的大量研究已经证明了COPD中肺T细胞免疫功能失调。COPD组织中表达PD-1的T细胞比例高于正常肺组织，且T细胞对病毒感染的细胞毒性脱颗粒反应减弱，这些都反映了肺部T细胞的复杂调控以及与COPD疾病影响的相互作用。CD8＋T细胞在COPD患者肺实质中所占比例较正常肺增多，这与其抗病毒特性有关[21]。COPD肺中活化的CD8＋T细胞比例的增加在一定程度上表明感染频率增加[22]。研究发现，人类肺中驻留记忆T细胞，这些细胞在受到刺激时可以分泌有效的炎症介质，并分化为具有强大抗菌活性的效应T细胞[23]，在COPD肺源性记忆T细胞模型的体外刺激实验已经证明CD4＋T细胞/CD8＋T细胞的异常极化，且对病毒感染的反应能力下降[24]。
COPD患者T细胞中表达PD-1的比例较大。Ishida等[25]首次发现PD-1可通过诱导刺激而激活，CD4＋和CD8＋T细胞在感染后上调PD-1表达。PD-1是T细胞衰竭的一种标志，但它也被部分激活的T细胞表达[26]。PD-1在淋巴细胞脉络丛脑膜炎病毒感染的小鼠模型中被T细胞上调[27]。而且，在流感病毒感染的人体模型中发现了与小鼠流感感染模型相似的结果，即CD8＋PD-1＋T细胞表达增多[28]。
CD8＋T细胞经由细胞毒性脱粒反应和穿孔素诱导病毒感染细胞的凋亡，CD107a可以作为T细胞细胞毒脱颗粒的替代标记物[29]。在流感感染中CD107a被CD4＋T细胞和CD8＋T细胞上调，但在COPD中则未被上调。无法产生针对病毒感染的细胞毒性蛋白意味着宿主对病原体的易感性，并可能无法清除病原体，从而导致病情的加重。且COPD中PD-1表达的增加与T细胞功能障碍分级呈正相关[30]。这些观察结果表明COPD患者肺部CD8＋PD-1＋T细胞比例增加，但由于细胞毒性颗粒释放能力受损，其免疫活性降低。
肺泡巨噬细胞产生的自分泌IFN-β是PD-L1表达的驱动因素。IFN-β分泌缺陷也可能在COPD中起作用[31]。这种细胞因子的缺乏导致COPD中PD-L1表达降低。先前涉及PD-L1调节T细胞对呼吸道病毒的反应的实验主要集中在上皮细胞上，COPD和对照组中的流感病毒感染并未增加上皮细胞中PD-L1的表达，但是病毒感染显著上调2组巨噬细胞中表达PD-L1[32]。PD-L1表达的上调与功能上是相关的，因为向流感病毒感染的巨噬细胞模型添加PD-L1抗体可以促进CD8＋T细胞分泌IFN-γ，这意味着PD-L1参与抗病毒细胞因子释放的调节[33]。然而，研究表明，COPD组受感染的巨噬细胞产生PD-L1的能力明显逊于对照组[18]。因此，COPD不仅有T细胞的抗细胞毒性功能缺陷，而且还不能通过下调PD-L1表达来减少CD8＋PD-1＋T细胞的活化。这些发现与公认的临床现象一致，即COPD患者感染重，感染迁延难愈，肺功能持续下降。总之，COPD患者中的CD8＋ T细胞抗病毒功能失调，并且CD8＋PD-1＋T细胞群抗病毒活性受损，再加上由于PD-L1缺乏而无法下调细胞因子的释放共同参与了COPD急性加重。
2.2 PD-1/PD-L1与Th1细胞
Th1是CD4＋T亚群，在抵抗病原体如病毒、细菌的免疫防御中扮演重要角色。COPD患者Th1免疫反应受损包括IFN-γ分泌减少和巨噬细胞吞噬功能下降导致细菌清除能力受损[34]。研究表明，使用外源性IFN-γ可以增强单核细胞清除嗜血杆菌的效率[35]，提示改善COPD患者Th1反应可以预防AECOPD。在抗CD3处理的单核细胞模型中，COPD患者IFN-γ的基础产生量较正常对照组低，而在加入PD-1抗体后，发现CD4＋T细胞的增殖能力增强，同时增加了IFN-γ和IL-10的分泌[4]。由于IL-10由Treg、Th2和Th1细胞的子集分泌，因此PD-1阻断后IL-10的增加表明这些细胞的功能增加。因此，PD-1阻滞剂可扭转T细胞衰竭并部分恢复受损的Treg的功能。在COPD患者和健康对照组Treg的功能研究中，2组都给予抗CD3/CD28诱导刺激，结果发现Treg大幅抑制自体T细胞增殖，且COPD中的Treg具有更高的抑制作用。重要的是，阻断免疫检查点受体PD-1可提升COPD患者效应T细胞的功能[36]。这些发现支持这样的结论，Treg和功能衰竭的Th1均与COPD抗病原体免疫反应受损有关，并导致肺部感染的频繁加重，PD-1抗体可改善这一现象。
3 总结与展望
绝大多数COPD患者恶化的原因都是感染性的，这部分患者的肺功能损害更严重，住院时间更长。COPD表现出对多种微生物的反应越来越不正常，而这些微生物在健康宿主体内则很少或没有引发炎症，这表明免疫缺陷在COPD中普遍存在，宿主防御受损、炎症过度和自我耐受性丧失这3种现象是相互关联的。免疫缺陷包括先天、适应性免疫细胞亚群的异常极化，且更重要的是这些免疫细胞的功能障碍。COPD可视为一种与吸烟有关的、先天及适应性免疫系统各种成分过早老化的慢性肺疾病，这也是复发性呼吸道感染和继发性炎症的免疫病理学基础，是驱动COPD进展的主要因素。因此，有效预防COPD的进展应包括旨在使紊乱的免疫系统成分正常化的治疗手段。PD-1/PD-L信号通路对于有效调节机体对刺激的反应和抑制病原体免疫应答和免疫耐受至关重要。PD-1/PD-L途径能够以多种方式控制自身耐受，同时调节T细胞应答的强度。因此，为了使COPD患者促进炎症反应的效应细胞和减少炎症反应的免疫抑制细胞之间找到平衡，表达PD-1的细胞可用作治疗的新靶标，这对于治疗COPD将大有裨益。现有PD-1阻断剂(主要是人源单克隆抗体)的成本太高，目前这类药物普及COPD的治疗尚不切实际。然而，小分子抑制剂的开发可能会改变这种情况，使更多COPD患者获益。
利益冲突所有作者均声明不存在利益冲突
参考文献略
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