共刺激分子受体CTLA

共刺激分子受体CTLA-4的研究进展及在风湿病治疗中的应用

（中国医学科学院　中国协和医科大学　北京协和医院　风湿免疫科北京，100730，）　田新平　曾小峰

        系统性风湿病是一种以自身免疫功能紊乱为发病基础的临床疾病，依所累及的靶器官不同临床表现复杂，属临床疑难病。过去由于对风湿病发病机制了解不足，因此多年来治疗的主要手段为糖皮质激素和免疫抑制剂。随着分子生物学研究的发展以及对风湿病发病的基因组学和病因学研究的逐渐深入，对风湿病发病中的一些重要环节也有了深入的了解，其中包括一些在免疫应答过程中起调节作用的细胞和在异常免疫应答通路中起枢纽作用的细胞因子。近几年来，在免疫应答中起重要调节作用的细胞毒T淋巴细胞抗原-4（CTLA-4）和CTLA-4免疫球蛋白（CTLA-4Ig）成为风湿病治疗中的热点。

1．  CTLA-4

        针对外来抗原正常的获得性免疫应答反应需要非常精细的调节才能保证机体在清除有害的外来抗原同时又不伤害到自身组织。近30年来免疫学研究的最大进展就是证实抗原递呈细胞必须提供2种相互独立的信号才能完全激活T淋巴细胞，其中第一信号是抗原与人主要组织相容性抗原结合后表达的T细胞表面受体；第二信号是与T细胞表达的共同活化分子受体相结合的配体；2种信号的共同作用才能达到最佳的细胞因子合成、细胞增殖。由于只有专职抗原递呈细胞能提供共同活化信号，因此即使有自身反应性T细胞存在，在没有共同活化信号存在时，表达自身抗原的组织细胞与T细胞的反应也不能诱导T细胞活化，产生自身免疫应答；其次，共同活化信号的存在为开发一些通过阻断共同活化信号达到自身免疫耐受的药物提供了理论依据。进一步研究发现，对外来抗原的免疫反应质量和反应程度是由活化性（正性）共同活化信号和抑制性（负性）共同活化信号的共同作用决定的，其中CD28和CTLA-4是通过这种活化性和抑制性共同活化信号调节免疫应答的关键受体[1]。

        CD28和CTLA-4是2种具有同源性的免疫球蛋白超家族成员，仅在专职抗原递呈细胞表面表达，二者与相同的配体CD86(B7-2)和CD80(B7-1)结合。CD86在树突细胞、巨噬细胞和B细胞表面表达，在这些细胞被激活后表达明显增强，而CD80仅在激活的抗原递呈细胞表面表达，因此二者与免疫应答的启动有关，在T细胞的活化中具有不同的功能。CD28可以使细胞核内转录分子积聚、IL-2表达明显上调最终诱导T细胞增殖，因此CD28是T细胞活化的正性信号，而CTLA-4是T细胞活化的重要下调节因子。在T细胞活化后4h，CTLA-4就与一些特异抗体交链并在一些T淋巴细胞表面表达，抑制T细胞的完全活化。在T细胞活化过程中，CTLA-4的主要作用是通过抑制细胞核内IL-2基因的转录来抑制T细胞的活化。此外，CTLA-4还能直接抑制细胞周期的一些关键成分的表达从而抑制细胞的增殖[2]。大多数研究都证实，触发CTLA-4可以下调整个T细胞群的增殖和细胞因子合成，起到抑制免疫应答的作用[3]。此外，CTLA-4还通过调节T细胞来抑制免疫应答反应[4]。

        编码人CTLA-4的基因具有多种多态性，其中一些可以影响到一些蛋白的合成和表达。迄今为止，研究人员对CTLA-4的3种基因多态性进行了广泛研究。位于启动子区与基因转录起始相关的第-318位单核苷酸多态性（SNP，single-nucleotide polymorphism）可以影响基因的表达，此位点具有高分泌活性的等位基因T具有防止自身免疫反应和炎症反应发生的作用。在另一位于第1外显子第+49位的SNP编码序列1--CDS1位点的G等位基因可以降低CTLA-4mRNA的稳定性和T细胞表面蛋白的表达，增加机体对自身免疫性疾病和炎症性疾病的易感性。第+49位SNP与一个位于非翻译区（3‘-UTR）区第+642位二核苷酸重复多态性（AT）n存在明显的连锁不平衡。目前已经认识到CDS1的A等位基因与（AT）n最短等位基因明显相关。有研究显示CTLA-4（AT）n部位为较长等位基因个体的T细胞反应性增强，CTLA-4mRNA的稳定性降低，降解快速，CTLA-4蛋白表达水平下降，T细胞功能增强，最终导致T细胞活化阈值降低，使这些个体发生自身免疫性疾病的易感性增加。而CTLA-4（AT）n为最短等位基因的个体可以表达高水平的CTLA-4，保护机体免于发生自身免疫性疾病[5]。

2．CTLA-4与风湿病

        由于CTLA-4是T细胞活化的重要下调分子，因此人们很容易联想到其与自身免疫性疾病发病间的关系。有研究报道，CTLA-4的多态性与一些主要由T细胞介导的自身免疫性疾病有关，如Grave’s病、I型糖尿病和多发性硬化[1]。目前已有许多有关CTLA-4与风湿病方面的研究资料，国内也有这方面的研究报道。

2．1．CTLA-4与类风湿关节炎

        越来越多的实验室研究表明类风湿关节炎是一种由T细胞异常活化引起的自身免疫性疾病，因此对CTLA-4在类风湿关节炎中的作用也进行了一系列研究。对CTLA-4基因的研究发现，在CTLA-4第一外显子上第49位发生了A-G的基因突变，造成患者对类风湿关节炎的易感。Cai等[6]证实在中国人中CTLA-4第49位氨基酸基因多态性是发生类风湿关节炎的危险因素，但在对有关CTLA-4基因多态性的荟萃分析中发现，CTLA-4第49位基因多态性仅在亚洲人与类风湿关节炎易感有关，欧洲人中则没有这种易感相关性[7]。表明CTLA-4与类风湿关节炎易感危险间存在种族差异。

2．2．CTLA-4多态性与系统性红斑狼疮(SLE)

        从理论上讲，CTLA-4表达或功能降低都会导致自身免疫性T细胞增殖，造成SLE发病。有4项对CTLA-4基因多态性和SLE发病的研究[8]，发现在CTLA-4第一外显子第49位的A/G多态性与SLE的发病易感性有明确相关，另外也有研究发现该部位的GG多态性患者T细胞活化的上调节降低，也与SLE的发病有一定的关系。可能这些基因异常造成的该部位多态性会通过影响CTLA-4的表达参与SLE的发病。

2．3．CTLA-4与炎性肌病

        虽然B7家族共同活化分子多与CD4+T细胞相关，但Murata等人的研究显示[9]，在多发性肌炎患者正常的、表达MHC-I类抗原分子的肌细胞表面表达共同活化分子B7家族的BB-1，但不表达B7-1或B7-2。这些肌细胞可以与自身免疫性CD8+细胞毒T细胞进行直接的细胞-细胞接触，并与CD8+细胞毒T细胞表面的CD28和CTLA-4结合。由于这种“不依赖辅助细胞的细胞毒T细胞”不需要CD4+T细胞的存在即能被激活，因此可以在与共同活化分子结合后被活化，启动自身免疫应答反应，造成组织损伤。在PM患者中，这些表达BB-1的肌细胞起到了专职抗原呈递细胞的作用，并被细胞因子上调节，在肌的免疫损伤中起重要作用。同时该研究还发现，只有在PM、HIV-相关多发肌炎和包涵体肌炎中存在这种表达CD28和CTLA-4配体的自身免疫性CD8+T细胞。

2．4．CTLA-4与原发干燥综合征（1SS）

        原发干燥综合征是以累及外分泌腺体为主要表现的自身免疫性疾病，发病机制尚不明确。虽然研究人员对1SS发病的免疫机制进行了大量的研究，但有关共同活化分子在1SS发病中的研究资料不多。有研究显示，在1SS患者的上皮细胞中发现有与CD28受体结合的共同活化分子B7-2表达，但与CTLA-4的结合有减少[10]。虽然CTLA-4主要表达于单核细胞，但可以在1SS患者唾液腺的某些区域上皮细胞表达，可能与CTLA-4与唾液腺上皮细胞结合有关。Bolstad等[10]研究发现1SS患者的唾液腺CTLA-4mRNA表达明显升高，而健康正常人唾液腺中没有表达。

2．5．CTLA-4与Wegener’s肉芽肿

        Wegener’s肉芽肿为累及上呼吸道、肺和肾脏的系统性血管炎性疾病，发病机制仍不明确，但与自身免疫活性细胞异常活化有关。近来Zhou等[5]对Wegener’s肉芽肿患者的CTLA-4（AT）n基因多态性进行了检测，结果发现患者中携带较长等位基因者明显多于正常对照；携带具有保护作用的最短等位基因者明显少于正常对照，提示CTLA-4基因多态性与Wegener’s肉芽肿发病相关。但在全身型Wegener’s肉芽肿患者与局限型、男性和女性患者中没有观察到CTLA-4基因型和等位基因方面存在差异；此外，CTLA-4（AT）n等位基因多态性在抗中性粒细胞抗体（ANCA）阳性和阴性患者中没有差别，说明CTLA-4（AT）n等位基因多态性可能仅与Wegener’s肉芽肿的发病有关，而与临床表现没有相关性。

3．CTLA-4融合蛋白治疗类风湿关节炎（RA）

        虽然在不同的风湿病中人们对CTLA-4与发病的作用进行了相关研究，并且发现CTLA-4与风湿病的发病有一定的相关性，但将CTLA-4作为靶点用于患者的临床治疗的报道目前还不多。迄今为止的临床试验都是关于CTLA-4单克隆抗体治疗RA的安全性和疗效的。

        虽然在RA的发病中有多种免疫细胞参与，但活化的T细胞通过影响细胞-细胞间接触和产生细胞因子在RA的发病中起重要作用，因此抑制T细胞的功能从理论上讲可以抑制炎症、控制疾病的进展。由于CTLA-4是目前已知的与免疫应答反应起始有关的T细胞活化共同活化分子，因此CTLA-4就很自然地被选择为治疗的靶点。

        CTLA-4Ig,，品名Abatacept，是由人CTLA-4细胞外部分和人IgG1Fc段形成的融合蛋白，具有能竞争性地与APC细胞表面CD80/CD86结合的很高的活性；防止这些分子与T细胞表面的CD28结合，选择性地调节该共同刺激通路，使T细胞不能完全被活化。在多种动物模型中进行的临床前研究表明，CTLA-4Ig可以有效治疗一些自身免疫性疾病和抗排异作用。人体最早的临床试验是在活动期RA且用传统病情改善药物治疗无效的患者中进行的，旨在确定人体的最佳剂量。结果发现静脉注射Abatacept0.5mg/kg、2mg/kg和10mg/kg 85d的患者都有临床改善，且改善程度具有剂量依赖效应。此后进行的一项II期临床试验比较了2mg/kg或10mg/kgAbatacept与MTX联合应用及单用MTX治疗RA的疗效；所有患者都是经MTX治疗后病情仍然处于活动的患者。治疗6个月后，10mg/kgAbatacept+MTX组可以很好地控制症状和体征，改善患者和医生对疾病的整体评价；而2mg/kgAbatacept+MTX组的疗效不满意。最近报道的一项Abatacept治疗RA的临床试验是在339名虽然经MTX治疗但病情仍处于活动状态的RA患者中进行的，是一项为期12个月的随机、双盲、安慰剂对照临床研究[11]， 其中有119名患者使用安慰剂+MTX，105名患者使用2mg/kgAbatacept+MTX，115名患者使用10mg/kgAbatacept+MTX。在治疗1年时，Abatacept10mg/kg组达到ACR20、ACR50和ACR70的患者分别为62.6%、41.7%和20.9%，而安慰剂组分别为36.1%、20.2%和7.6%，二者相比有显著差异；而2mg/kgAbatacept组在达到ACR20、ACR50和ACR70的患者人数上与安慰剂没有差别；Abatacept治疗组的不良反应发生率与安慰剂组没有差别。此外该研究还发现10mg/kgAbatacept治疗组患者的功能改善要比安慰剂高3倍。该研究结果表明，Abatacept+MTX对单用MTX无效的RA患者具有一定的疗效，而且是安全的，同时也提示小剂量Abatacept的疗效差，在治疗RA中应该使用较大剂量。

        Genovese等进行了另一项临床试验[12]，将322名对抗TNF-a单克隆抗体治疗3个月无效的患者随机、双盲地分为安慰剂和Abatacept10mg/kg治疗组，其中223名患者静脉输注Abatacept10mg/kg，99名患者使用安慰剂，这些患者还可以同时服用另外一种传统病情改善药物。治疗6个月后，发现Abatacept治疗组50.4%的患者达到ACR20，分别有20.3%和10.2%的患者分别达到ACR50和ACR70，明显优于安慰剂组，且Abatacept治疗组的不良反应发生率除感染稍增加外与安慰剂组相比没有明显差异，说明Abatacept对那些对抗TNF-a单克隆抗体治疗无效的患者仍然有效。

        美国FDA已在2005年12月批准Abatacept应用于治疗类风湿关节炎。

4．CTLA—4Ig 在风湿病治疗中的应用前景

        风湿病的治疗历来都是风湿病学界最关注的课题之一，目前所采用的治疗药物以非特异的免疫功能抑制为主，由于缺乏选择性，对免疫系统的影响也没有针对性。因此，长期使用这些药物后，患者患感染性疾病和肿瘤的风险显著增加；此外传统抗风湿病药物的另一个重要问题是相当一部份患者会对这些药物治疗无效，不能阻止病情的进展。近年来基础免疫学研究的进展使得针对风湿病患者异常免疫反应的某个环节的抑制成为可能，生物制剂治疗风湿病也成为近十年来风湿病治疗最重要的进展之一。但免疫反应本身是一个复杂的网络，应用生物制剂后并非仅有一个环节孤立地受到影响，因此使用生物制剂后会出现一些传统免疫抑制剂没有的新问题。例如抗TNF-a单克隆抗体应用于临床的时间最长，人们对这类生物制剂的了解也最多，虽然这些生物制剂确实给一些对传统抗风湿病药物治疗无效的患者带来了更多的益处和更多的缓解症状、控制病情进展的机会，但就在这类生物制剂在临床上普遍应用的几年之内，对其带来的医学问题的报道也有越来越多，如感染的增加尤其是结核菌感染的增加、肿瘤尤其是血液系统的肿瘤、诱发其他自身免疫疾病等也越来越受到重视。CTLA-4作为免疫系统重要的抑制性共同活化分子，可以从免疫反应的最初阶段对免疫反应进行调控，而且基础免疫学和基因组学研究都证实在风湿病患者中它的基因和蛋白表达都是异常的，因此，使用针对它的生物制剂来治疗风湿病不失为一个令人鼓舞的新手段。现有报道的临床试验都表明，CTLA-4Ig是有效和安全的，而且对抗TNF-a单克隆抗体治疗无效的患者仍然有效，因此可以预言，它将会在风湿病的治疗中占有一席之地。由于对其认识时间较短，目前的临床研究还仅局限在类风湿关节炎。此外，由于CTLA-4在疾病的不同阶段的表达情况不同，所以，对于CTLA-4Ig治疗风湿病的治疗时机选择还需要进一步研究来确定。此外，与其他生物制剂一样，感染的机会增加和一些患者疗效不佳也是CTLA-4Ig面临的主要问题。

参考文献：

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12.     Genovese MC. Abatacept for rheumatoid arthritis refractory to tumor necrosis factor a inhibition. N Eng J Med, 2005,353:1114-1123.

 

摘要：CTLA-4是免疫应答反应起始阶段T细胞活化的重要共同活化分子，它与T细胞表面的配体结合后可以抑制T细胞功能，使T细胞不能被激活，从而抑制免疫反应的发生。在多种风湿病中都发现有CTLA-4等位基因异常和蛋白表达异常。CTLA-4Ig是针对CTLA-4的融合蛋白，能选择性地抑制免疫反应，改善患者的临床症状，达到控制疾病进展的目地。但目前的临床研究尚仅限于类风湿关节炎。初步临床研究结果表明CTLA-4Ig治疗类风湿关节炎是有效而安全的，但由于其临床应用时间短，在风湿病治疗中的作用还有待进一步的长期临床观察来证实。

关键词：CTLA-4  CTLA-4Ig  风湿病

Co-stimulatory molecule CTLA-4 and the potential application in treating rheumatic diseases

Tian，Xinping， ZengXiaofeng.  Department of Rheumatology, Peking Union Medical College Hospital, Chinese Academy of Medical Sciences, Beijing, China, 100730

Abstract:  Rheumatic diseases are characterized by immunological dysfunction. T-cell medicated immune response plays an very important role in the development and persistence of rheumatic disease. CTLA-4 is an important co-stimulatory molecules expressed on T cells. It has inhibitory effect on T-cell mediated immune response. Plenty of evidences have demonstrated that there were abnormalities in CTLA-4 alleles and proteins in patients with rheumatic diseases. Therefore, CTLA-4 has become an target in treating rheumatic diseases. CTLA-4Ig has been developed as an fusion protein which is composed the extra-cellular domain of human CTLA-4 and the Fc fragment of human IgG1. So far, only data about CTLA-4Ig in treating rheumatoid arthritis are available. These data showed that CTLA-4Ig could relieve the symptoms of rheumatoid arthritis and retard the development of the disease. It is safe and effective. In addition, it has demonstrated effectiveness even in patients who failed to response to anti-TNFa monoclonal antibodies. Therefore，CTLA-4Ig is an encouraging therapy for rheumatic diseases. However, since it is has a very short history, long-term study is needed to fully understand its role in the treatment of rheumatoid arthritis.

Key words: CTLA-4  CTLA-4Ig  rheumatic disease