PD—1及其配體的結構

文雪

【摘 要】PD-L是PD-1（程序性死亡分子1）的配體，通過傳遞抑制信號，從而達到調節T細胞活化平衡，誘導免疫耐受。在針對來抗原以及自身抗原的發生特異性免疫應答清除病原體過程中需要與腫瘤介導的免疫耐受保持平衡。介導T細胞免疫耐受需要PD-1分子及其配體以限制T細胞活化后對自身組織造成的免疫損傷。PD-1分子及其配體在自身免疫性疾病、感染性疾病及腫瘤免疫中具有重要研究價值。在這篇綜述中，我們將討論PD-1與其配體的結構組成。

【關鍵詞】PD-L；T細胞；PD-1

細胞共刺激的概念隨著時間而演變。T細胞活化的兩個信號是凱文通過一個活化T細胞模型獲得的[1]。根據這一模型，T細胞的完全激活需要兩個信號。第一信號，提供特異性免疫應答信號，通過抗原肽MHC分子復合物與TCR （T細胞表面受體）特異性結合。第二，抗原依賴的共刺激信號，是由抗原呈細胞（APC）傳遞給T細胞，從而促進T細胞克隆擴增，分泌細胞因子并實現效應功能。如果出現第二信號的缺失，抗原特異性的淋巴細胞將無法活化，失去相應效能。目前研究發現了一種新的共刺激分子B7：CD28家族，其通路組成為PD-1（程序性死亡分子1受體，也稱為CD279）及其配體PD-L1 （CD274，也稱為 B7-H1）和PD-L2 （CD273，也稱為B7-DC）[2]。該通路在大量研究中顯示出重要的負性調節功能，說明其在調節T細胞活化和免疫耐受中具有巨大研究前景。本文主要對PD-1及其配體PD-L的結構做闡述。

1 PD-1及其配體的結構基因

PD-1是一個由288個氨基酸（AA）構成的I型跨膜蛋白質，其組成包括：一個免疫球蛋白（Ig）超家族結構域，一個20AA的柄，一個跨膜結構域，和胞內結構域。在小鼠1號染色體上及人類2號染色體上面，PD-1均由PDCD1基因編碼。在這兩個物種中，PDCD1基因由5個外顯子。外顯子1編碼一個短信號序列，第2外顯子編碼IG域。莖和跨膜域是由外顯子3和外顯子4編碼的一個短12AA序列，標志著胞質域的起始。外顯子5包含C-末端胞內殘基和一個長的3 UTR[2]。

PD-1的剪接變異體是從人活化T細胞克隆而得到。在轉錄過程中缺乏外顯子2、外顯子3、外顯子2和3，或外顯子2到4。除了外顯子3的剪接變異體（pd-1ex3），其他所有變異體都以相似的水平全長PD-1表達于外周血單個核細胞（PBMC）。當人的T細胞受到抗CD3和抗CD28抗體刺激活化時，所有變異體表達顯著增高。pd-1ex3變異體由于缺乏一段編碼跨膜區的mRNA，類似于可溶性CTLA-4，因而起著重要的自身免疫的作用。這種變異體可見于類風濕關節炎患者[3]。

PD-L1是由290個AA組成的I型跨膜蛋白，在小鼠1號染色體上及人類2號染色體上面，PD-1均由CD274基因編碼。CD274包括七個外顯子，第一個外顯子編碼5UTR區，外顯子2，3和4包含信號序列IgC-樣結構域和IgV-樣結構域，外顯子5和6分別編碼跨膜區和胞內區。外顯子7編碼3UTR區以及包內段殘基。

有研究報道在人類的剪接變異體PDL1中，由外顯子2編碼的序列缺少一個IgV樣結構域。雖然這個剪接變異體的功能尚不清楚，但是已證實該突變體不能與PD—1結合。目前沒有發現小鼠PD-L1剪接變異體[4]。

PD-L2也是I型跨膜蛋白，由Pdcd1lg2基因編碼。在人類是42kB的基因組DNA，在小鼠Cd274處則被一個23 KB的干預基因組DNA分開。該基因由六個外顯子組成，人有七個。IGV樣結構域由外顯子3編碼，IGC樣結構域由外顯子4編碼，第5外顯子包含短莖、跨膜區域以及胞質域，小鼠的外顯子5還含有一個終止密碼子，形成一個由4個AA組成的胞質區。人類第6外顯子和第7外顯子包含一個30AA的額外編碼區域在細胞質中。較長細胞質結構域見于人、獼猴、黑猩猩、狗、牛、豬和馬，在小鼠及大鼠缺失[5]。

2 PD-1及其配體的蛋白結構

通過X射線晶體學得到PD-1的未折疊三維結構，結果表明，其免疫球蛋白超家族中的β-鏈折疊非常保守，介于CTLA-4和PD-1之間[3]。構成PD-1的CDR3區域的AA較為松散，而且缺乏相對保守的AA，這與CTLA-4的結合界面不同。在CTLA-4基因圖譜上，圍繞CDR3的疏松區域出現以MYPPPY為中心的有序排列的脯氨酸。通過遺傳變異掃描發現，在與PD-L結合過程中，PD-1的CDR3氨基酸都不起作用。研究者利用超速離心法在研究可溶性的PD-1胞漿段IgV樣結構域時，顯示PD-I是單體。利用熒光共振能量轉移法對CHO細胞PD-1的表達分析時發現了其全長[6]。

PD-L1和PD-L2分子模型已對B7-1和B7-2指導定點的晶體結構的基礎上產生的丙氨酸掃描誘變。兩者的結合界面和PD-L1PD-L2 PD-1在IgV樣結構域。有趣的是，某些突變的PDL1和PD-L2，不能結合PD-1可以刺激連接與抗CD3 T細胞增殖。這些non-pd-1結合突變體也能刺激。PDCD1-/-T細胞，另一方面提供證據為PD-L1和PD-L2受體。

通過對B7-1和B7-2的晶體結構中指定位點丙氨酸進行變異掃描時，得到了PD-1配體分子（PD-L1和PD-L2）的結構模型。PD-L1和PD-L2與PD-1的結合位點都是IgV樣結構域。有研究表明，某些變異的PD-L1和PD-L2雖然不能夠與PD-1結合，但可以通過與抗CD3抗體結合而刺激T細胞活化。

PD-1：PD-L通路在T細胞的活化，耐受以及免疫介導的組織損傷中發揮了重要的免疫調節作用。本文章中，我們主要描述了PD-1及其配體（PD-L1和PD-L2）的結構，從而為PD-1：PD-L通路的進一步研究做鋪墊。

【參考文獻】

[1]GenomicsTivol， E. A. et al. Loss of CTLA-4 leads to massive lymphoproliferation and fatal multiorgan tissue destruction， revealing a critical negative regulatory role of CTLA-4. Immunity 3， 541-7 （1995）.

[2]Waterhouse， P. et al. Lymphoproliferative disorders with early lethality in mice deficient in Ctla-4. Science 270， 985-8 （1995）.

[3]Wu， C. et al. Immunohistochemical localization of programmed death-1 ligand-1 （PD-L1） in gastric carcinoma and its clinical significance. Acta Histochem 108， 19-24 （2006）.

[4]Kitazawa，Y.et al.Involvement of the programmed death-1/programmed death-1 ligand pathway in CD4+CD25+ regulatory T-cell activity to suppress alloimmune responses. Transplantation 83， 774-82 （2007）.

[5]Konishi， J. et al. B7-H1 expression on non-small cell lung cancer cells and its relationship with tumor-infiltrating lymphocytes and their PD-1 expression. Clin Cancer Res 10， 5094-100 （2004）.

[6]Chemnitz， J. M.， Parry， R. V.， Nichols， K. E.， June， C. H. & Riley， J. L. SHP-1 and SHP-2 associate with immunoreceptor tyrosine-based switch motif of programmed death 1 upon primary human T cell stimulation， but only receptor ligation prevents T cell activation. J Immunol 173， 945-54 （2004）.