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CTLA-4在骨重建中发挥免疫调节作用的研究进展

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中国免疫学杂志2018年第34卷 doi:10.3969/j.issn.1000-484X.2018.01.026 CTLA.4在骨重建中发挥免疫调节作用的研究进展① 马 邱中图分类号[摘亚② 孙立众11392 王琳璇韩A 梅米方林 (川北医学院附属医院,南充637000) 1000-484X(2018)01-0132-05 文献标志码文章编号要] CTLA-4作为免疫负调节因子,通过抑制T细胞活化,参与机体免疫反应的平衡。近年来CTLA4免疫 球蛋白生物制剂在自身免疫疾病、移植排斥反应、抗肿瘤药物等领域获得的基础研究成果颇具应用价值。CTLA-4能够抑制T 细胞活化调节免疫反应,从而减少RANKL、TNF—d等细胞因子的表达,能够直接或间接地破骨细胞的成熟,参与破骨细胞 主导的骨破坏与骨重建。本文就当前CTLA-4在自身免疫疾病中减缓骨破坏的作用、CTLA-4对破骨细胞成熟过程的间接与 直接的影响作用以及CTLA-4在局部组织中对关节对牙周组织与牙槽骨骨重建的作用等这些最新的相关研究做此综述,并展 望朱来可能的基础研究与临床应用方向。 [关键词] CT1。A_4;骨重建;破骨细胞;炎症反应;细胞因子 Novel mechanisms of CTLA-4 inhibition on bone remodeling MA Wen—Qiang.QW Ya,SUN Li—Zhong,WANG Lin—Xuan,HAN Mei,MI F0ng-Lin.Afilfiated Hospital of North Sichuan Medical College,Nanchong 637000,China [Abstract] In recent years,the CTLA4 imnmnoglobulin biologics,a negative regulator in the immune system,have been obtained due attention in autoimmune diseases,transplantation rejection,and antineoplastie agents.C FLA-4 can inhibit T cell activation, reduce the expression of RANKL and other cytokines through regulating immune response,and effectively alleviate the process of bone resorption.According to previous study,CTLA-4 was involved in osteoelast—induced bone destruction and bone remodeling.In this review,the effect of CTLA-4 on the autoimmune diseases,on the osteoclast formation,and on the alveolar bone remodeling i n the periodontal tissue was involved,and the related research were also evaluated to look forward to possible future basic research and clinical application direction. [Key words] CTLA-4;Bone remodeling;Osteoclast;Inflammatory response;Cytokines 细胞毒T淋巴细胞相关抗原4(Cytotoxic T lymphocyte—associated antigen-4,CTLA-4)又名CD152, 是免疫系统中的一个重要的负调节因子 。CTLA. 作用,并将CTLA--4免疫球蛋白应用到类风湿性关节 炎(Rheumatoid arthritis,RA)的治疗中,取得了可喜的 效果 。RA表现为T细胞过度反应,并表达过量 4通过与CD28共同竞争CD80、CD86结合位点,或通 过TCR介导途径,抑制T细胞的激活及诱导T细胞 RANKL和IL一1、IL-6、IL一17等细胞因子导致患者体内 关节软骨及骨组织进行性吸收破坏。CTLA4抑制T 细胞活化,从而减少RANKL及其他细胞因子的表达, 有效缓解了骨吸收过程 J。同时,最新的研究也表明 CTLA-4生物制剂在抗肿瘤的研究应用中已经取得一 ,可抑制多种细胞因子如IL一2等的分泌,阻止免 疫系统过反应,从而维持免疫系统的平衡稳定 3 。 CrrIJA4在静息T细胞中表达极少,但在T细胞激活 后表达水平上升 ,学者注意到CTLA_4的免疫抑制 定的成绩,应用前景非常广阔 。已有学者总结了 RANKL、OPG、TNF— 等因子参与骨代谢的作用,包括 破骨细胞破骨和成骨细胞成骨之间的平衡调 控lm川。在局部组织如关节、牙周组织的炎症免疫 ①本文为四川省教育厅科研项目(15ZA0210)和南充市研发资金项 目(16YFZJ0123)。 ②川北医学院附属医院医学研究中心,南充637000。 作者简介:马,男,在读硕士,主要从事口腔正畸学和口腔免疫 学方面研究,E-mail:313544060@qq.corn。 反应时,随着大量T细胞的介入引起炎症因子的 改变,CTLA-4在终止反应中起着至关重要的作用。 通讯作者及指导教师:米方林,女,硕士,教授,硕士生导师,主要从事 牙体牙髓病学与口腔免疫学方面的相关研究, 就职于川北医学院口腔医学系,川北医学院附 属医院口腔科,E—mail:mill26@126.conl。 在牙周膜承受外力,呈现炎症反应的时候,免疫调节 介入,T细胞数量增加,促进炎症反应,同时随着时问 的延长,牙周免疫控制受到免疫负调节因子的影响而 转愈¨ 。CTLA-4通过抑制T细胞活化在炎症发生 马等cTLA4在骨重建中发挥免疫调节作用的研究进展第l期 发展过程中发挥免疫调节作用,其表达过量将会引起 胞的CTLA-4表达参与其免疫抑制功能。这些发现 提示Treg细胞功能有助于cTLA-4信号传导的免疫 抑制特性,对Treg细胞表达共刺激分子的鉴定,可 以用于探寻治疗炎性疾病的新的策略 。另有学 者认为诱导效应T细胞和肠黏膜炎症需要B7.CD28 免疫功能障碍致使机体丧失抗感染能力,表达不足将 会引发自身免疫性疾病如常见的系统性红斑狼疮、 RA等。目前CTLA-4对细胞因子以及骨组织重建等 的直接和间接影响仍是目前学者们研究的 热点 。 1 CTLA-4抑制T细胞活化作用及作为新 共刺激途径,cTIJA4信号在维持黏膜淋巴细胞耐受 中起关键作用,最有可能的原因是通过激活Treg细 胞 。类似的报道,学者潘婷婷 和Imouel3 总 型免疫抑制剂的应用 CTLA-4是表达于T细胞表面的配体,传递的是 阴性第二信号,抑制T细胞活化。虽然T细胞表面 的CTLA-4表达非常少,但CTLA-4与B7分子的亲 和力明显高于CD28数十倍,因此,CTLA_4具有优 先结合B7分子的特性 15]。CTLA-4一Ig是依据 CTLA-4蛋白结构基因克隆出来的融合蛋白,其对 B7的竞争亲和力明显高于CD28,由于其为一段蛋 白分子,与细胞表面的B7分子结合后不产生生物 效应,可以起到封闭作用¨ 。利用多种方法研究 表明,CTLA4.Ig融合蛋白可以作为一种新型的免疫 抑制剂,对临床过度免疫反应性疾病有明显的抑制 作用¨ , 】。CTLA4的相关融合蛋白生物制剂已 经作为抗肿瘤药物、器官移植免疫用药、抗癌药物以 及更多应用的控制自身免疫性的RA药物应用于 临床 ]。 国内的学者同样非常关注有关CTLA-4的生物 制剂的基础与转化应用的研究进展,研究领域涉及 广泛,主要有RA、系统性红斑狼疮、肝癌、肺癌、恶 性黑色素瘤以及乳腺癌等这些疾病,包括CTLA-4 的表达机制研究与治疗应用各方面,而且已经证实 了CTLA-4作为免疫点抑制剂可逆转肿瘤免疫 微环境,增加特异性的抗肿瘤生长作用,不仅为既往 上市的药品进行了验证与总结,而且为进一步研究 新的免疫抑制生物制剂提供大量的基础研究 证据 ]。 2 CTLA-4参与抑制骨吸收的作用 2.1 炎症反应中CTLA-4的产生及抑制骨吸收的 作用有学者发现CTLA-4基因敲除小鼠数周内即 可死于大量淋巴组织增生和重要组织及器官损伤, 其结果提示出cTLA4在机体免疫调节中起重要的 负性作用,能够抑制T细胞活化、增殖及细胞 因子的产生 。CD4(+)/CD25(+)Treg细胞在体 内的免疫抑制功能依赖于通过T细胞活化的CTLA. 4这类负调节因子的信号转导。而CTLA-4的表达 主要限于调节性T细胞(Treg细胞),这表明这些细 结CTLA4在脓毒症中的作用发现,同样通过Treg 细胞参与免疫抑制,而且有实验证明,在低剂量 CTLA-4抗体处理的小鼠脓毒症模型中可明显地改 善小鼠的生存。CTLA-4参与炎症反应中对骨重建 的免疫作用主要是通过对细胞因子的影响,进 而影响下游RANKL等对破骨细胞成熟有诱导作用 的因子,以减少炎症导致的最终骨破坏¨ J。 Fedele等 的研究中,证明了CTLA-4能够协同通 过拮抗T细胞,进而减少CD4 T细胞在关节腔和滑 膜组织中的浸润,起到了防止软骨和骨受炎症的侵 蚀与破坏作用,提出CTLA-4与TNF一仅拮抗剂联合 使用是治疗关节炎症的新策略。目前cTLA_4针对 炎症性骨吸收研究主要集中在RA及病毒性关节炎 等自身免疫性相关疾病为主,将CTLA-4用于治疗 其他疾病的基础研究仍有待完善 ” 。 2.2 CTLA-4对破骨细胞成熟过程的间接与直接的 影响作用破骨细胞的分化成熟至活化发挥作用是 一个复杂的多级过程,受到RANKL等系列细 胞因子的 3 9_。Axmann等 的研究结果显 示,CTLA-4剂量依赖性地直接抑制体外无T细胞存 在下的RANKL介导的破骨细胞形成。此外还证明 了CTLA-4在TNF诱导的体内炎症性骨质侵蚀关节 炎模型中能够起到有效的抑制作用。这些数据表明 CTLA-4是一种抗破骨细胞生成分子,能够直接影响 破骨细胞前体细胞并抑制它们分化。同时也进一步 提供了TNF和CTLA-4免疫球蛋白制剂用于治疗关 节炎等疾病及抑制炎症性骨吸收的证据 '4 。 在石东文博士 纠和Axmann等 0_的研究中,显示了 CTLA-4的直接作用影响了抗酒石酸酸性磷酸酶这 一作为破骨细胞数量与骨再吸收的标志物的改变。 这些体内体外实验的结果,从不同层次证实了 CTLA-4能够通过多种通路直接或间接地抑制破骨 细胞的成熟与分化,这为减缓骨吸收、控制骨重建的 相关学科提供了新的研究思路。 3 CTLA-4在局部组织中发挥免疫调节作 用对骨重建的影响 3.1 CTLA-4在局部RA中减缓骨破坏的应用 CTLA_4在RA的相关研究与临床治疗药物的研发 中已经得到了大量的证据 J。RA被认为是一种慢 性系统性炎症疾病,近年来的研究表明,自身免疫过 程参与着疾病的发生、发展,被抗原激活的T细胞 在RA的激发和维持中起着十分重要的作用。在其 滑膜中有大量的T淋巴细胞浸润,而且大部分都处 于活化状态。活化的T细胞分泌多种细胞因子,刺 激滑膜细胞释放胶原酶和蛋白酶,造成软骨和骨质 的破坏 ¨ 。T细胞与特异性抗原递呈细胞相互作 用导致多种细胞因子的产生,作用于关节中的各种 细胞,引起B细胞产生免疫球蛋白和类风湿因子, 造成免疫性复合物沉淀和补体介导性损伤。在RA 的免疫治疗中,抗TNF.Ot生物制剂的使用已经取得 一定成效,得到了明显的减缓骨破坏的结果 。 但是美国FDA提示经常服用TNF抑制剂容易诱发 肿瘤,所以,促使联合TNF抑制剂使用的抑制CD4 T细胞浸润的CTLA4免疫球蛋白生物制剂越来越 受到关注 。Miner等 的研究中指出,CTLA4 在病毒性关节炎炎症期能够有效地减轻急性期水 肿,而且联合抗病毒单克隆抗体应用病毒性关节炎 治疗,优于单纯作用,具有显著性的差异。在治疗 RA的方式中,靶向T细胞抑制剂联合其他生物制 剂或者药物的使用,能够很好地起到减少自身反应 性T细胞的浸润与抑制滑膜增生作用,这将对RA 炎症急性期骨破坏与炎症后期的骨重建产生积极的 治疗性意义。 3.2 CTLA4在局部调节牙周组织中免疫反应以及 牙槽骨骨重建的作用牙周膜是牙齿发生移动的解 剖学基础,牙周膜产生的RANKL、OPG及各种细胞 因子参与了骨重建过程。正畸移牙是颌骨在外力作 用下发生骨重建的过程,正畸牙齿的移动依赖于压 力侧破骨细胞产生的骨吸收和张力侧成骨细胞所产 生的新骨形成,其中破骨细胞的数量及功能是决定 正畸牙齿移动效率的主要影响因素之一 ”J。牙 周膜含有成骨细胞、破骨细胞、成纤维细胞等等,它 们在外力作用下能够进一步分化或募集大量成骨细 胞、破骨细胞,同时分泌RANKL、OPG及多种细胞因 子如IL—l、IL-2、IL一8、TNF.仅及TNF.B等 。牙 周炎性牙槽骨吸收是牙周致病菌感染导致的炎症性 损伤性疾病,是机体抵抗菌斑微生物及其代谢产物 的炎症反应。在牙龈卟啉单胞菌主导的牙周炎牙槽 骨吸收患者的牙周组织中,会有大量的CD4 T细胞 浸润 船J。Ueki等 发现的牙周组织中浸润T细 胞占45%,而且这些T细胞中的50%以上会联合B 细胞表达RANKL,而RANKL不仅能诱导破骨细胞 中国免疫学杂志2018年第34卷 成熟,还能促使破骨细胞内迅速形成肌动蛋白环发 挥生物学破骨作用。在cTLA4参与牙周炎的研究 中,已经有文献证明CTLA4直接参与并影响了牙 周组织的炎性反应过程 。有学者将CTLA4免疫 球蛋白加入到含有牙龈卟啉单胞菌及T细胞的培 养基中发现cTLA_4免疫球蛋白能明显抑制T细胞 对抗原的免疫反应 。另有Schmalz等 的研究 结果认为,T细胞具有双重调节作用,静止期的T细 胞通过细胞因子途径抑制破骨细胞生长,而CD4”r 细胞则可诱导破骨细胞分化成熟和骨吸收活性。以 往的研究让我们认识到cTLA_4作为免疫抑制剂可 直接抑制破骨细胞的成熟,同时亦可作为免疫负调 节因子可直接抑制反应性T细胞的进一步活化,调 控炎症反应,进而阻断下游信号对破骨细胞的诱导 作用[40,63,64]。但在口腔医生正畸排牙需要快速骨 重建的情况时,能否将CTLA4作为精准靶向生物 制剂应用在口腔医学领域来进行把控牙齿移动速 度,将是口腔正畸医师未来研究的重点方向之一。 4 结语 作为靶向、副作用低的新型生物制剂,cTLA4 未来的研究还有更多的应用方向需要探索。在RA 的联合用药治疗中,需要更多的基础研究进行完善 佐证,药物的使用还需要大量的临床证据与长期的 随访来进行总结。在器官移植、抗肿瘤治疗中, CTLA4与其他新型生物制剂相比较的优缺点仍需 要探讨,如何做到精准与靶向,开发出更有价值的药 物,也仍是各大生物公司与医学界需要攻关的课题。 在局部组织如口腔医学领域中,不同类型的牙周炎 患者中,免疫紊乱、T细胞的过度作用最终致使 牙周组织丧失,牙槽骨吸收,如果能够通过免疫抑制 生物制剂合理免疫反应,做到精准治疗与最低 副作用地使用药物,这将是我国数千万牙周病患者 的福音。在正畸牙移动过程中,牙槽骨重建速度的 调节以往主要是生物力学的考虑,在靶向生物制剂 的领域,仍未见相关研究报道。应用破骨细胞 成熟的生物制剂,能够在牙移动模型的压力侧 合适的骨吸收,在张力侧促进新骨成骨是理想的药 物选择方向,将能够为日益增多的高龄正畸患者减 少治疗时间、控制疼痛反应等提供新的辅助策略。 参考文献: [1]Takahashi T,Tagami T,Yamazaki S,et a1.Immunologic sell'- tolerance maintained by CD25(+)CD4(+)regulatory T cells con- stitutively expressing cytotoxic T lymphocyte-associated antigen 4 [J].J Exp Med,2000,192(2):303-310. 马等CTLA-4在骨重建中发挥免疫调节作用的研究进展第1期 ·135· [2] Walker LS.EFIS Lecture:Understanding the CTLA-4 checkpoint in the maintenance of immune homeostasis『J_.Immunol Lett, 2017,184:43-50. 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