科学网-【第四十六期】PD-1功能丧失性突变导致儿童结核病和自身免疫病-刘振兴的博文

【第四十六期】PD-1功能丧失性突变导致儿童结核病和自身免疫病

2021-7-17 16:59

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2021年6月，Jean-Laurent Casanova等人在Nature Medicine杂志发表了研究论文“Inherited PD-1 deficiency underlies tuberculosis and autoimmunity in a child”，该研究首次发现PD-1纯合突变导致导致儿童结核病和自身免疫病。

<<背景介绍 2018 年诺贝尔生理学或医学奖授予了开创“抑制免疫负调控以激发免疫系统对抗肿瘤” 疗法的美国免疫学家詹姆斯· 艾利森(James P. Allison)与日本免疫学家本庶佑(Tasuku Honjo)（图1）。詹姆斯· 艾利森发现通过阻断细胞毒T淋巴细胞相关抗原-4(CTLA-4)介导的负向免疫调节作用,激活小鼠自身抗肿瘤免疫应答来治疗肿瘤。本庶佑及其同事于1992年发现并鉴定了PD-1，但这并没有引起足够的重视。直到1999年，H Nishimura等人制备了第一个PD-1缺陷小鼠研究模型，才发现PD-1作为免疫应答的负调节因子，参与维持外周自我耐受。之后经陈列平教授和本庶佑等人多方共同努力发现了通过打断PD-1/PD-L1信号通路，可以恢复T细胞抗肿瘤活性，进一步杀伤肿瘤细胞。PDCD1编码免疫检查点受体PD-1。有趣的是，PD-1缺陷小鼠和接受PD-1阻断治疗的癌症患者不仅容易产生自身免疫病，包括致命的自身免疫性肺炎，还容易患上严重的结核病>>

图1. 2018 年诺贝尔生理学或医学奖获得者

据估计，全球约25%的人口感染了结核分枝杆菌，但只有5%至10%的感染者发展成结核。遗传因素是结核分枝杆菌感染后发展为结核病的重要因素。目前已报道两种罕见的常染色体隐性遗传(AR)的单基因先天免疫缺陷(IEIs)：白介素-12受体β1 (IL-12Rβ1)和酪氨酸激酶2 (TYK2)，其完全缺陷会导致T淋巴细胞和自然杀伤(NK)淋巴细胞的IFN-γ产生受阻，从而导致多种类型结核病。

作者报道了一位来自于土耳其近亲结婚家庭的患者，3岁时，他被诊断为1型糖尿病(T1D)、甲状腺功能减退和幼年特发性关节炎(JIA)。10岁时，他因腹腔内大面积多灶性脓肿住院。抽吸和活检显示肉芽肿和干酪样坏死伴抗酸杆菌(AFB)，随后通过物种特异性PCR鉴定为Mtb。胸部x线检查未见肺部病变。患者结核菌素皮肤试验(TST)和IFN-γ释放试验(IGRA)均呈阳性。因此，该患者被诊断为腹部结核。尽管进行了积极的免疫抑制治疗，患者最终死于肺泡出血（在呼吸系统疾病发病后3个月），时年11岁（图2）。

图2. 常染色体隐性遗传PD-1缺乏症儿童患结核病和自身免疫病

遗传分析发现 PDCD1的纯合子移码变异(c.105dupC)是唯一符合遗传规律的候选突变，突变导致过早终止(T36Hfs*70)而被预测为功能丧失(pLOF)(图2)。为了检测患者的PDCD1突变是否导致完全的PD-1缺陷，作者首先在HEK293T细胞中过表达对应患者等位基因PDCD1 cDNA。免疫印迹结果表明无完整长度或截短的PD-1的表达，排除了翻译的重新起始(图2)。流式细胞分析表明患者细胞表面无PD-1表达或无重组PD-L1或PD-L2的结合(图2)。因此，PDCD1 c.105dupC突变导致了PD-1完全缺陷。

图3. PD-1在过表达系统和患者细胞中的表达和功能分析

PD-1缺陷患者的淋巴细胞IFN-γ产生受损，可能与TNF产生受损有关，这是PD-1缺陷患者对结核病易感性的基础 (图4)。通过单细胞RNA测序发现患者的效应T细胞中几种I型IFN刺激基因的表达增强，如IFIT3、OASL和HERC5。在接受PD-1阻断治疗的患者中I型IFN信号通路增强，在小鼠中以 STAT1 依赖性方式减弱 T 和 NK 细胞产生的 IFN-γ 并加剧小鼠的结核病。在人类和小鼠中I型干扰素也能抑制TNF的产生。总的来说，在PD-1缺乏患者中，多个T和NK淋巴细胞亚群的缺失和功能障碍会导致IFN-γ和TNF的产生受损。PD-1缺乏引发患者淋巴细胞增生性自身免疫，类似于STAT3 Gain of Function突变。PD-1缺陷的T淋巴细胞和单核细胞过度产生IL-6和IL-23，过度激活STAT3，并驱动RORγT+ DNαβ T细胞的扩增，从而导致淋巴组织增生性自身免疫。