全 文 ：生命科学
Chinese Bulletin of Life Sciences
第 23卷 第 1期
2011年 1月
Vol. 23, No. 1
Jan., 2011
文章编号 ：1004-0374(2011)01-0086-04
收稿日期：2010-06-17；修回日期：2010-07-05
基金项目：湖北省自然科学基金项目(2008CDB118)
*通讯作者：E-maiL: zqliu@ ctgu. edu. cn；Tel：0717-
6397179
干扰程序性死亡分子1及其配体信号通路的免疫治疗
汪龚泽，刘朝奇*
(三峡大学分子生物学研究所，宜昌 443002)
摘　要： 程序性死亡分子 1(programmed death-1, PD1)及其配体(programmed death ligand, PDL)属于B7家
族的共刺激分子，介导免疫反应的负性调节信号，在肿瘤发生、病毒感染以及自身免疫病中都发挥了
特异性的调节作用。利用 PD1/PDL1信号途径调节机体的免疫应答从而达到免疫治疗的目的，该文就此
展开综述。
关键词：P D 1；P D L 1；免疫调节；免疫治疗
中图分类号：R392. 11 文献标识码：A
A therapeutic strategy of targeting PD1/PDL signal pathway
WANG Gong-Ze, LIU Chao-Qi*
(Institute of Molecular Biology, Three Gorges University, Yichang 443002, China)
Abstract: PD1(programmed death-1, PD1)and PDL1(programmed death ligand-1, PDL1) are members of co-
stimulating molecules of B7 superfamily. PDL1 binds to PD-1, which mainly expresses on the activated T cells,
mediates the negative modulating signals. Interfering the PD1/PDL signal pathway regulates the immunological
responses, which could be used as a therapeutic strategy for cancer, viral infection and auto-immune diseases.
In this paper, we reviewed the current progress of the associated research.
Key words: PD1; PDL1; immuno-regulation; immunotherapy
1　PD1/PDL1的免疫调节作用
抗原特异性 T 细胞的活化需要两个不同的信
号，第一信号来自抗原肽 -MHC分子组成的复合物
与 T细胞受体(T cell receptor, TCR)的相互作用；
第二信号由抗原递呈细胞(antigen-presenting cells,
APC)表面表达的协同刺激分子传递给T细胞。协同
刺激信号可促进 T细胞增殖、分化和细胞因子的产
生，以及为防止 T细胞发生凋亡提供生存信号。此
外，协同刺激信号也具有负性调节作用，对诱导和
维持 T细胞的无能(anergy)也至为关键。其中，新
近发现的程序性死亡分子 1(programmed death-1,
PD1)及其配体(programmed death ligand, PDL)就属于
B7家族的协同刺激分子。CD4+T细胞、CD8+T细
胞、NKT细胞、B细胞和单核细胞在激活后都诱导
性地表达 PD1(CD279)分子[1]。这与同属的CD28和
CTLA分子有明显的不同，它们仅特异性地表达在
T细胞上。PD1与其他的 CD28家族成员发挥功能
的方式相似，传递的信号对TCR受体通路进行调控
而不单独发挥作用。PD-1的胞内区包含了两个酪
氨酸信号结构域，它们在 PD1激活后都可发生磷酸
化[2]。其中 ITBS(immunoreptor tyrosine-based switch
motif)结构域的第二个酪氨酸磷酸化后，招募酪氨
酸磷酸化酶 SHP2和 SHP1到 PD1的胞内区。这些
磷酸酶对膜区附近的 T C R 受体相关信号分子
ZAP70、PKCq和 CD3x去磷酸化，从而抑制 TCR/
CD28信号传导。PD1信号通路还抑制CD28介导的
PI3K的激活，从而减少Akt磷酸化和葡萄糖代谢反
8 7第1期 汪龚泽，等：干扰程序性死亡分子 1 及其配体信号通路的免疫治疗
应。PDL有两种分子模式：PDL1和 PDL2。PDL1
组成性表达于 T细胞、B细胞、巨噬细胞和树突状
细胞(dentric cell, DC)上，在活化后的细胞上表达
量增加。除此之外，PDL1还表达于大量非淋巴细
胞的组织细胞上，如心脏内皮细胞、胰腺的 b 细
胞、胎盘的合体滋养层细胞等等。相反，PDL2的
表达相对较局限，主要表达在抗原递呈细胞上，如
活化的巨噬细胞、DC，所以在调节免疫方面主要
是 PD1/PDL1发挥作用。应用 B7-H1抗体研究其信
号转导，Kim等[3]发现EBV-转化的B细胞能高表达
PDL1，应用 anti-B7-H1 Ab(clone 130002)可以诱导
活性氧(reactive oxygen species, ROS)产生，线粒体
破坏，凋亡蛋白的释放及细胞凋亡。B7-H1的刺激
可以诱导 fasL的表达，促进 JNK 和 c-jun 的磷酸化，
以及p-ERK1/2 和 p-Akt的下调。研究结果提示，B7-
H1信号通路的活化介导的 EBV-转化的B细胞凋亡
可能包括 ROS的产生和 JNK的活化，使 fasL表达
上调。不过 Chen研究小组报道，在肿瘤细胞表面
高表达的B7-H1可接受PD-1的信号迅速诱导细胞产
生抗 CTL的杀伤作用。此保护活性不需要 PD-1的
胞内信号区。缺失B7-H1的信号区会增加CTL的杀
伤活性。应用 Fas mAb或者 STP(streptomyces
staurospores)诱导肿瘤细胞凋亡，如果预处理 PD-1Ig
就可以明显降低 B7-H1/P815细胞的死亡。这些结
果提示 PD-1/PDL1信号通路中，PDL1可以作为受
体接受PD-1的刺激，迅速产生保护效应使PDL1表
达细胞免受杀伤[4]。另外，在免疫调节中，PD-1/
PDL1相互作用调节 CD4+和 CD8+T细胞的耐受。
PDL1促进 iTregs的发育和功能，PDL1通过增强
iTregs上 Foxp3的表达来诱导 Treg细胞的分化和维
持其功能。TGF-b作为 Tregs繁殖中必需的细胞因
子，它与PDL1协同作用调节Foxp3+ iTregs的发育。
单独应用 PDL1beads也可以诱导 CD4+T细胞成为
iTreg，说明PDL1在 iTreg发育中的重要作用。Tregs
通过下调机体针对外来抗原或自身抗原的免疫应答
水平来维持自身耐受，使它具有免疫无能性和免疫
抑制性两大功能。免疫无能性表现为高浓度 IL-2的
单独刺激，固相包被或可溶性抗原CD3刺激单抗以
及抗 CD3单抗和抗 CD28单抗的联合作用呈无应答
状态，也不分泌 IL-2。免疫抑制性表现为能够抑制
CD4+和 CD8+反应性 T细胞的活化和增殖，其抑制
性是非特异性的，阻断该通路后可以恢复 T细胞的
大部分功能。
基于 PD1/P DL1 在机体免疫调节中的作用，
PD1与其配体PDL1介导的信号途径正成为通过免疫
干预进行临床疾病治疗的手段之一。许多研究者针
对 PD1、PDL1分子设计特异性阻断其信号途径的
药物，调节机体的免疫应答，期望达到免疫治疗作
用。
2　利用PD1/PDL1信号通路的免疫治疗作用
2.1　干预PD1/PDL1信号通路的抗病毒作用
阻断 PD1/PDL1通路发挥抗病毒作用主要在慢
性感染，LCMV感染时 PD1在抗病毒特异性T细胞
上持续高表达，阻断 P D 1 / P D L 1 的作用能恢复
CD8+T细胞的大部分功能，促进病毒清除；而在
急性感染阶段 PD1是一过性的表达，随后很快降到
基础水平[5]。在 SIV感染猕猴实验中，研究人员通
过将鼠的重链可变区和人的 IgG1相连，轻链的可变
区与人类的 k相连构建人源化抗体，通过抗体阻断
PD1/PDL1的作用可以显著地促进 T淋巴细胞的分
裂，增加特异性杀伤性 CD8+细胞数目，分泌大量
的穿孔素、颗粒酶，产生大量表达多重细胞因子
IFN-g、TNF-a和 IL-2特异地杀伤病毒宿主细胞；
且可以增加针对病毒的特异性抗体的浆细胞，减少
高表达 PD1的记忆性B淋巴细胞，激活特异性的体
液免疫，减少病毒的载量[6]。在研究HIV病毒慢性
感染时，Zhang等[7]通过检测 PD1分子在 63例HIV
感染患者病毒特异性CD8+T细胞上的表达，发现并
首次报道长期无进展者体内功能完整的病毒特异性
CD8+T细胞上 PD1分子的表达明显低于典型进展
者。PD-1分子在典型进展者病毒特异性CD8+T细
胞上的上调表达与CD4+T细胞计数的减少、病毒载
量的升高密切相关。更重要的是，PD1分子的上调
表达与穿孔素释放减少和 IFN-g产生减少相关，同
时在典型进展者体内PD1分子的上调表达与HIV特
异性效应性记忆性CD8+T增殖能力减弱相关。在体
外应用抗体阻断PD1分子与其配体PDL1的结合，能
够有效恢复HIV特异性CD8+T的效应功能和增殖能
力。研究发现在 HCV(丙型肝炎病毒)感染中发现
HCV特异性杀伤T细胞高表达PD1分子，且功能缺
失。研究人员通过对 14位不同时期的HCV感染患
者采用抗PDL1抗体治疗后数据显示：HCV-RNA表
达水平显著下降，HCV特异性杀伤 T细胞迅速增
殖，IFN-g分泌增加，抗体治疗对细胞没有明显毒
性，是未来治疗丙型肝炎病毒感染的有效手段之一[8]。
在 Jeong的实验中也发现在HCV感染的肝间质细胞
包括窦上皮细胞、库普弗细胞上都有 PDL1的组成
8 8 生命科学 第23卷
性表达，而且对活化的 T细胞的增殖和分裂有抑制
作用；即使在使用抗 CD3抗体时，T细胞的活化
也被抑制，使用抗 PDL1抗体时这种 T细胞被抑制
的现象才能解除。与此同时，研究人员还发现在使
用抗 PDL1抗体后，IFN-g的表达量显著的增加，
HCV特异性CD4+和 CD8+T细胞以及TH1细胞因子
IL-2都明显上升。而 TH2细胞因子 IL-4和 IL-10并
未上升[9]。总而言之，慢性病毒感染中 PD1高表达
介导了CD8+T细胞的功能耗竭，使病毒逃脱细胞性
杀伤的免疫攻击。通过抗体阻断 PD1/PDL1信号通
路能够有效地抗病毒感染，这也将是抗病毒治疗的
新靶点之一。
2.2　干预PD-1/PDL1信号途径的抗肿瘤作用
PDL1蛋白分子在正常组织中几乎不表达，但
普遍存在于人肺癌、卵巢癌、结肠癌、肾癌和黑
色素瘤等多种肿瘤细胞表面。肿瘤细胞表面的
PDL1能诱导肿瘤特异性 CTL凋亡，从而抑制机体
对肿瘤的免疫反应；而在淋巴器官内，抗原呈递细
胞表面的PDL1与初始T淋巴细胞相互作用诱导T淋
巴细胞的无能。因此，PDL1是参与肿瘤免疫逃逸
的重要分子，阻断 PD-1/PDL1能抑制肿瘤的免疫逃
避，提高初始 T细胞的激活能力和 CTL的杀伤活
性，从而提高其抗原的免疫反应。Pilon-Thomas等[10]
研究发现在体外中和抗体与 PDL1结合有效地促进
IFN-g的产生，抗原特异性的杀伤性 T细胞活性增
强；而在体内实验中将 PDL1抗体与黑色素瘤以全
身用药的形式注入小鼠体内发现特异性抗黑色素瘤的
杀伤性的CD8+ T细胞增多。Okudaira 等[11]使用C57BL/
6小鼠胰腺肿瘤模型，分三次给药 PD-1/PDL1抗体
(每次间隔一周)来检测小鼠体内免疫调节功能在抗肿
瘤中的作用。实验结果表明，使用抗体治疗后，肿
瘤组织的生长得到抑制，肿瘤组织中的 PD-1/PDL1
表达量减少。实时定量 PCR显示 IFN-g抗肿瘤细胞
因子表达量增多，IL-10和 FoxP3等抑制机体的免
疫细胞因子表达量减少。
2.3　加强PD1/PDL1信号治疗自身免疫病作用
PD1/PDL1信号途径在阻止自身免疫性疾病发生
发展中起着重要作用。作为一个关键的共抑制分
子，PD1及其配体的异常表达与自身免疫病的发生
存在明显的相关性。近年来对各种自身免疫病动物
模型的研究显示 PD1途径不仅在T细胞初次活化增
殖中起重要作用，而且还影响了 T细胞再次遭遇抗
原的反应，如缺乏或阻断 PD1/PDL1途径加速了 1
型糖尿病的进展，Liang等[12]测定了患有糖尿病的
NOD小鼠在 3、9周龄时的 PD1及其配体的表达水
平，发现 3周龄小鼠虽然胰岛已有单核细胞浸润，
但并没有 PD1或其配体表达。而 9周龄小鼠 PD1、
PDL1出现表达，尤其是胰岛细胞表面的 PD1表达
急剧上调。利用转基因技术，使 NOD小鼠胰腺 b
细胞高表达 PDL1后，胰岛的炎症程度降低，且糖
尿病发作的时间推迟、频率下降[13]。在活化耐受的
NOD小鼠中，PD1/PDL1途径可能在耐受的诱导及
维持中发挥重要作用。但利用基因敲除技术获得的
CD4＋T细胞、CD8＋T细胞缺陷型小鼠摄入抗PDL1
的单抗后没有发生糖尿病。在系统性红斑狼疮
BXSB小鼠模型实验中，使用重组腺病毒载体Ad-
PDL1感染AD-293细胞后，其培养上清液加入到混
合淋巴细胞反应培养基，T细胞的增殖明显受到抑
制。而在 BXSB小鼠尾静脉注射重组腺病毒载体
Ad-PDL1 4周后，小鼠的狼疮样肾炎明显改善[14]，
表明了 PD1/PDL1途径在抑制 SLE进展中的保护作
用。系统性红斑狼疮 BXSB小鼠产生自身抗体、自
发性发生高球蛋白血症、致死性肾小球肾炎等一系
列自身免疫性综合征，与人类系统性红斑狼疮相
似，由此我们可以相信使用人源化外源性的 PDL1
蛋白治疗将会有效地治疗人类系统性红斑狼疮这种
自身免疫病。
3　结语
通过调节 T细胞活化过程中的第二信号强度，
PD1/PDL1途径抑制了机体免疫应答反应，从而在
调控自身免疫耐受及自身免疫性疾病中发挥了重要
的保护作用，但同时一些病原微生物及肿瘤细胞利
用该途径，向淋巴细胞传递抑制信号，引起了 T细
胞功能受损、细胞因子分泌受限，进而导致了机体
持续性慢性感染及肿瘤逃逸。作为重要的共抑制分
子，PD1及其配体显示了重要的临床应用前景，尤
其是研究发现PD1/PDL1途径直接调控了组织损伤处
的病原性T细胞，而对天然Treg没有明显的影响[15]。
因此，PD1/PDL1途径可以成为调节机体免疫应答
的理想靶点。人源化抗体的发现为我们运用 PD1/
PDL1抗体的免疫治疗提供了基础。人为地将抗病
毒药物、抗肿瘤的化疗药物与我们的 PD1/PDL1抗
体和蛋白拼接的联合治疗也将是我们抗肿瘤、抗病
毒的有效手段。
机体的免疫治疗一般为被动免疫治疗，是根据
免疫细胞表面的分子标记物靶向携带药物的一种治
疗手法。但是，新近研究发现 PD1/PDL1信号通路
8 9第1期 汪龚泽，等：干扰程序性死亡分子 1 及其配体信号通路的免疫治疗
对 T、B淋巴细胞的活化、发挥免疫调节作用起着
重要作用。因此，我们可以相信 PD1/PDL1信号通
路的免疫治疗将会得到越来越广泛的应用。
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