共刺激分子B7-H3与支气管哮喘
2017/11/20
陈正荣 严永东
苏州大学附属儿童医院呼吸科 215003
苏州大学附属儿童医院呼吸科 215003
摘要：B7-H3是新近发现的B7共刺激分子家族成员，对T细胞有共刺激和共抑制两方面的调节作用，B7-H3对T细胞的作用与支气管哮喘的免疫病理机制密切相关。进一步了解B7-H3的生物学作用为阐明支气管哮喘的发病机制提供新线索，有望开展以B7-H3为靶点的新的生物治疗方向。
关键词：B7-H3；生物学功能；T细胞；支气管哮喘
支气管哮喘，是儿童最常见的慢性呼吸道疾病，我国0-14岁儿童哮喘患病率调查显示以每10年增加50%以上的幅度上升[1]。哮喘病因复杂，经典的免疫学说认为哮喘发病与Th1/Th2细胞功能失衡密切相关。致敏原作用于支气管上皮细胞，促使上皮细胞分泌胸腺基质淋巴细胞生成素（thymic stromal lymphopoietin, TSLP）并作用于树突状细胞（dendritic cells, DCs）表面的TSLP受体，使得DCs 协同刺激分子表达增加，从而使Th0细胞向Th2型细胞分化。T细胞的活化及免疫应答的启动需要双信号协同作用：TCR识别MHC-抗原复合物，获得第一信号后，还必需获得协同刺激分子提供的第二信号，即APC给予的协同刺激信号，其中协同刺激信号的性质决定了免疫应答的类型[2]。
B7家族分子是最重要的共刺激分子，为免疫球蛋白超家族。B7-1和B7-2是最早发现的B7家族分子，随着近年对B7家族研究的深入，B7-H1、B7-H2、B7-H3和B7-DC等新的B7家族成员相继被发现，并发现其与T、B淋巴细胞的活化及免疫应答有关。B7-H3是新近发现的协同刺激分子，研究认为B7-H3对T细胞介导的免疫应答起重要的调节作用，对T细胞产生共刺激或共抑制作用，B7-H3通过对T细胞作用而对支气管哮喘产生作用，可能与支气管哮喘免疫致病机制有关。本文就B7-H3的结构、表达、生物学功能及其与支气管哮喘的关系进行综述。
1. B7-H3的分子结构及编码基因
B7-H3是新近发现的B7共刺激分子家族的新成员，于2001年由Chapoval等[3]在人树突状细胞（DC）的cDNA文库中克隆得到的，基因序列研究发现，人B7-H3基因位于15号染色体上，由951个碱基组成，包含7个外显子和6个内含子，分子量为45-66 KD，编码316个氨基酸组成的蛋白，属于Ⅰ型跨膜球蛋白，包括氨基端的一个信号肽，一个细胞外的免疫球蛋白样可变区(IgV)和恒定区（IgC），一个跨膜区和胞浆区，人B7-H3分子的配体-受体结构域与其它B7家族成员同源性分别为B7-H1(27%)、B7-H2(25%)、B7-1(21%)、B7-2(20%)。Sun等[4]克隆得到小鼠的B7-H3分子，鼠B7-H3基因位于第9号染色体上，基因结构与人B7-H3基因结构有88%的同源性。B7-H3分子主要存在两组剪切体，B7-H3a（2Ig B7-H3，2Ig–V1-C2）两个免疫球蛋白结构域和B7-H3b(4Ig B7-H3，4Ig-V1-C1-V2-C2)四个免疫球蛋白结构域，B7-H3b较B7-H3多一对VC免疫球蛋白结构域，分子量为110KDa。人B7-H3基因存在以上两组剪切体，且大部分组织以4IgB7-H3为主要表达形式，而鼠B7-H3表达形式只有2IgB7-H3[5-6]，目前此两种亚型未发现功能性差别[7]。
2. B7-H3分子mRNA的表达谱及分子形式
B7-H3mRNA的表达谱：B7-H3mRNA的表达谱相当广泛，除外周血淋巴细胞及骨髓组织外的几乎所有组织上都有表达，研究发现其在多种肿瘤细胞普遍表达[8-11]，同时发现B7-H3mRNA表达于气管、支气管、肺泡及鼻部等上皮细胞，且在合胞病毒感染后其表达升高[12-13]。虽然B7-H3mRNA的表达水平相当广泛，其蛋白水平表达很低，提示B7-H3的转录后调控是其表达的主要调控机制[3]，免疫组化结果提示虽然静息期造血细胞及多数组织未检测到其蛋白水平的表达，但经过某些刺激后可在一些细胞上表达，如活化的T细胞、NK细胞、巨噬细胞及树突状细胞[14]。小鼠B7-H3mRNA不同于人B7-H3分子，几乎表达于所有组织，广泛表达在几乎所有的静止及活化的B细胞、巨噬细胞、树突状细胞、CD4+T、CD8+T等，但正常小鼠组织的B7-H3蛋白水平表达尚未检测到[5-6,28]。
B7-H3表达形式：B7-H3存在两种表达形式，即膜型表达（mB7-H3）及可溶性分子形式（sB7-H3）。B7-H3的膜型表达形式被证实存在于DCs、单核细胞、活化的T淋巴细胞及各种类型的肿瘤细胞。Zhang GB等[15]在2008年使用一个敏感的双克隆抗体夹心酶联免疫吸附试验（ELISA）法检测到sB7-H3的存在，主要为mB7-H3经金属蛋白酶从单核细胞、树突状细胞、活化的T淋巴细胞及各种的mB7-H3+的肿瘤细胞剪切得到，从细胞培养基的上清及健康志愿者的血清中通过蛋白印记法（Western blotting）测定发现sB7-H3的分子量约为16.5kDa，且sB7-H3在健康人血清中天然表达。人B7-H3主要存在两组剪切体，4IgB7-H3和2IgB7-H3，Sun J等[16]研究发现血清中的B7-H3（sB7-H3）主要来源于2IgB7-H3，而4IgB7-H3不能产生sB7-H3，该研究组进一步研究发现4IgB7-H3存在保守性氨基酸“PQRSPT”与不能分泌可溶性B7-H3形式密切相关[17]。
3. B7-H3的可能受体
B7共刺激分子家族的成员B7-1、B7-2、B7-h的受体已被证实分别为CD28、CTLA-4及ICOS，而B7-H1、B7-H2的受体为PD-1，但B7-H3和B7-H4的受体尚不清楚。2008年Hashiguchi等[18-19]发现髓细胞触发受体样转录因子2（TLT-2或TREML-2）可能为B7-H3的共刺激受体，此受体属于髓细胞触发受体免疫球蛋白超家族，位于人类6p21和小鼠17C染色体上[20-21]，其在淋巴系免疫细胞、固有免疫细胞中的表达，例如中性粒细胞、巨噬细胞、树突状细胞以及T细胞、B细胞、髓系细胞等，对调节固有免疫应答和适应性免疫应答起重要作用。但是Leitner等[22]认为TREML-2并非B7-H3的受体，B7-H3Ig两种形式（4Ig B7-H3和2Ig B7-H3）均不与TLT-2结合，且没发现证据可证明小鼠TEEML-2为小鼠B7-H3的受体。而Hashiguchi等[18]认为不管是小鼠或人类实验均发现TLT-2/B7-H3通路共刺激CD4+T细胞和CD8 + T细胞的活化。目前，尚无研究可溶性B7-H3（sB7-H3）是否可以结合细胞表面TLT-2，但有学者推测sB7-H3可以结合巨噬细胞和中性粒细胞的TLT-2，从而调节固有免疫反应，sB7-H3同时也可以阻断mB7-H3与TLT-2的结合。虽然TLT-2可溶性形式尚未被证实，但在感染病人的血清中已经检测到可溶性TREM 1，TREM 2，TLT-1的受体，且与疾病的严重度相关 [21]，如果存在可溶性的TLT-2，这可能进一步增加了TLT-2/B7-H3信号通路的复杂性。通过进一步对这些相反研究结果的分析，有学者推测机体可能存在两个B7-H3受体，其中一个受体提供T细胞活化的正信号，一个受体提供T细胞活化的负信号。但是也有可能是因为这些受体依赖于免疫反应的不同阶段或在不同的T细胞亚群表达，也可能是由于不同的实验条件下引起不同的结果，另外，优先结合共刺激或共抑制受体也会导致不同的生物学作用。因此B7-H3与其受体的关系还有待于进一步深入研究。
4. B7-H3的生物学功能
4.1 B7-H3对T细胞的作用
在最初的研究中发现，B7-H3为正性刺激T细胞活化的效应因子，主要表现为促进CD4+T和CD8+T细胞的活化增殖，增强CTL的细胞毒性作用，以及促进IFN-γ、IL-10的产生分泌，且对IL-8、TNF-α的产生分泌有上调作用[3，24-25]。Sun等[14]通过在EL-4淋巴瘤小鼠模型体内注射表达编码B7-H3的质粒，引起CD8+T细胞和自然杀伤细胞对肿瘤的杀伤作用。Luo等[24]研究发现转染B7-H3在表达P815的瘤株增强肿瘤的免疫原性，引起肿瘤特异性的CD8+CTL细胞反应。Wang等[26]研究在心脏和胰腺的移植中B7-H3基因缺陷（B7-H3-/-）小鼠与野生小鼠相比，B7-H3基因缺陷小鼠有较高的存活率及较低的移植排斥反应的发生率，表明B7-H3增强T细胞的作用促进急慢性移植排斥反应。Kobori等[27]研究转染B7-H3的肿瘤细胞在体内能优先的被消灭，而给予抗B7-H3单克隆抗体或抗TLT-2抗体治疗可加速表达内源性B7-H3的肿瘤的生长，但对于B7-H3转染的肿瘤细胞不加速其生长，这主要是由于增加的CD8+T细胞的效应功能，表现出较高的细胞毒性反应。
另一方面同时发现B7-H3的负性调节作用，抑制T细胞介导的免疫反应。ling等[28]在体外研究发现2IgB7-H3与4IgB7-H3融合蛋白均可抑制CD4+T细胞的增殖，同时下调IFN-γ、IL-10、IL-2等细胞因子的分泌。通过建立基因敲除小鼠哮喘模型，发现B7-H3基因敲除小鼠与野生型小鼠相比产生更重的气道炎症反应，且辅助性T细胞向Th1细胞分化增强，而向Th2细胞及CTL细胞的分化无影响，B7-H3优先下调Th1介导的细胞免疫反应[29-30]。而Fukushima等[31]研究发现在小鼠实验性过敏性结膜炎的模型中，发现在诱导期给予抗B7-H3单克隆抗体治疗会上调Th2介导的免疫反应，而效应期则无此作用，从反方面说明B7-H3下调Th2细胞的免疫应答。
4.2 B7-H3对其它细胞的生物学作用
B7家族的配体广泛表达于活化的T细胞、B淋巴细胞、单核细胞、树突状细胞等，B7-H3可介导T细胞的免疫反应，也对其它类型的免疫细胞具有生物学作用[3]。Castriconi等人[32]通过5B14单克隆抗体与神经母细胞瘤上的4 Ig B7-H3结合，使4 Ig B7-H3同NK细胞上的未知受体结合，抑制NK的细胞毒性及杀伤作用。相反的，Ma等人[33]建立H22的BALB/c的小鼠肿瘤模型，转染B7-H3表达的质粒进入肿瘤细胞，可以增加肿瘤周围的NK细胞的浸润，增强NK细胞的细胞毒性。Suh等[34]人发现B7-H3高表达于发育的骨组织，随着前体成骨细胞的发育成熟，B7-H3的表达进一步升高。Xu等[35]研究发现，B7-H3促进人骨髓间质细胞（hMSCs）向成骨细胞分化，B7-H3的表达水平与hMSCs的分化有关。
4.3 B7-H3与支气管哮喘的关系
支气管哮喘为广泛的嗜酸性细胞、肥大细胞、T淋巴细胞等多种炎性细胞共同参与的气道慢性炎症反应，经典的免疫学说认为哮喘发病与Th1/Th2细胞功能失衡密切相关，Th1细胞数量减少或功能降低，Th2细胞数量增多或功能亢进。变应性哮喘为典型的Th2细胞介导的炎症反应，Th2细胞因子IL-4、IL-5、IL-13等分泌增多，诱导IgE的生成和嗜酸性细胞的增殖、活化等，使肥大细胞、淋巴细胞等细胞募集和活化，分泌多种促炎介质引起气道炎症反应，同时调节气道上皮粘液的分泌，引起气道阻塞[23]。虽然目前研究确认Th2细胞因子在哮喘中具有重要作用，但单纯的Th1/Th2功能失衡不足以解释哮喘的发病，最近研究表明Th17以及Treg[36]可能与Th1/Th2共同介导哮喘的免疫病理，对哮喘的免疫学发病机制做了有益的补充。共刺激分子B7-H3与T细胞上的受体结合，对T细胞产生共刺激或共抑制作用，使哮喘相关的免疫细胞及细胞因子产生增多或减少，加重或减轻哮喘气道炎症反应。
B7-H3基因敲除小鼠与野生型小鼠相比产生更重的气道炎症反应，B7-H3抑制Th1介导的免疫应答[30]。而Nagashima等[37]研究的哮喘小鼠模型发现，在诱导期给予抗B7-H3抗体治疗组与哮喘组相比降低小鼠气道高反应及嗜酸性细胞的产生减少，且Th2类细胞因子IL-4，IL-5，IL-13的分泌减少，而在效应期则无此作用，同时该组认为抗B7-H3抗体治疗对Th1类细胞无影响，该研究组认为B7-H3在哮喘反应的主要作用是促进Th2细胞反应，对CD4+ T细胞的正性刺激信号引起增殖反应和细胞因子产生。
5. 展望
B7-H3为新近发现的B7共刺激分子家族的成员。近年来对其生物学功能的研究日渐广泛，然而大多数主要研究其肿瘤免疫和感染免疫，与支气管哮喘发生发展的研究鲜有报道。鉴于B7-H3对T细胞的正、负调节作用，其在支气管哮喘免疫致病中发挥的免疫学作用尚不清楚，深入研究B7-H3在支气管哮喘发生发展中的生物学作用，可为阐明支气管哮喘发病机制提供新线索，有望开展以B7-H3为新靶点的生物治疗。
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