《自然·代谢》:北大团队发现PD

来源：奇点蛋糕2022-08-25 16:47

本研究发现，阻断PD-1信号通路会导致肠道淋巴组织诱导细胞(LTi)代谢紊乱，进而影响LTi的功能，最终导致肠道炎症。

作为一种众所周知的T细胞负调节因子，PD-1是癌症或慢性感染中T细胞功能障碍的标志。

如今，抗PD-1抗体已被用于恢复肿瘤浸润T细胞的功能，成为最成功的癌症治疗方法之一。

尽管取得了一些临床成功，但抗PD-1抗体的疗效在不同患者中仍然不同，并可能导致免疫相关的不良事件(最常见的是结肠炎)。但是，抗PD-1抗体引起不良反应的根本原因目前还不完全清楚[1]。

最近的研究发现，PD-1在T细胞之外的其他免疫细胞中广泛表达，其中一些细胞在维持肠道稳态方面起着关键作用。那么，抗PD-1抗体是否有可能影响这些之前被忽视的免疫细胞，进而导致肠炎呢？

不久前，北京大学钟超团队在《自然 代谢》期刊上发表了重要研究成果。本研究发现，阻断PD-1信号通路会导致肠道淋巴组织诱导细胞(LTi)代谢紊乱，进而影响LTi的功能，最终导致肠道炎症[2]。

这一发现进一步拓展了我们对PD-1功能的认识，为抗PD-1抗体治疗引起的结肠炎的防治提供了新思路。

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天然淋巴细胞(ILCs)是近年来新发现的一组参与先天免疫的淋巴细胞，根据其功能可分为三个主要亚群。

1型ILC(ILC1和NK细胞)分泌IFN-并参与保护细胞内病原体。2型ILC(ILC2)通过分泌白细胞介素IL-5、IL-9和IL-13来保护宿主免受寄生虫感染。

相反，白细胞介素3型(ILC3S)的分类是复杂的。它可以进一步分为表达趋化因子受体CCR6的LTi细胞亚群、表达天然细胞毒性受体(NCR)的亚群和既不表达CCR6也不表达NCR的双阴性亚群[3]。

在胚胎期，LTi细胞主要参与次级淋巴器官的形成。小鼠成熟后，也有一群表型与LTi细胞相似的细胞，但不能促进次级淋巴器官的形成。在一些文章中，这组LTi细胞将被称为LTi样ILC3细胞，本文今天重点讨论这组细胞[4]。

ILC3s是肠道中最丰富的ILCs，它们能分泌细胞因子IL-22，介导抗菌反应，维持肠道屏障的完整性。因此，ILC3s在维持肠道稳态中起着重要作用[5]。

3型天然淋巴细胞发育过程[5]

前期研究发现，PD-1在ILC前体细胞和成熟ILC2s(20-40%)、ILC3s(20-30%)和LTi细胞(高达76%)中均有不同程度的表达，而传统的NK细胞或ILC1s需要激活才能表达[6]。

研究还表明，阻断PD-1信号通路可以增强NK细胞和ILC2s的功能[7-9]。然而，PD-1如何调节ILCs细胞的功能仍然不清楚，尤其是在癌症治疗的背景下。

考虑到结肠炎是抗PD-1抗体治疗中常见的不良反应，钟超团队的研究人员首先分析了PD-1在结肠炎中的作用。

他们发现，PD-1基因敲除小鼠(Pdcd1-/-)更易患葡聚糖硫酸钠(DSS)诱导的肠炎，肠道内环境稳定受损更严重。此外，在缺乏适应性免疫细胞的小鼠中敲除PD-1(Pdcd1-/-Rag2-/-)也会加重肠炎，这表明PD-1可能在天然免疫反应的调节中起关键作用。

在缺乏适应性免疫细胞的小鼠中敲除PD-1也会加重DSS诱导的肠炎。

因此，研究人员分析了结肠中的天然免疫细胞，发现LTi细胞和ILC2s显著表达PD-1。先前的研究已经知道LTi细胞是结肠中IL-22的主要来源。IL-22在限制肠道炎症和维持肠道方面起关键作用[10]，在DSS诱导的结肠炎中起保护作用[11]。

结肠中的LTi和ILC2s细胞高表达PD-1

钟超团队进一步的分析发现，与从小肠分离的LTi细胞相比，结肠和盲肠LTi细胞上PD-1高表达，这可能与该区域的高细菌负荷相关。

为了证明这一相关性，研究人员使用抗生素甲硝唑处理小鼠，结果发现LTi细胞上PD-1表达显著下调，这表明肠道菌群对诱导LTi细胞上PD-1的表达有着重要作用。

与从小肠分离的LTi细胞相比，结肠和盲肠的LTi细胞上PD-1的表达更高

那么，LTi细胞上的PD-1发挥了怎样的功能呢？

研究人员发现，在敲除PD-1后，LTi细胞的IL-22产生明显受损，这表明PD-1的表达对维持LTi细胞的效应功能有着重要作用。

敲除PD-1可导致LTi细胞的IL-22表达量降低

为了进一步研究PD-1信号对LTi细胞的影响，研究人员用人Pdcd1的细胞外和跨膜区基因序列取代鼠的同源序列，构建PD-1人源化的小鼠（Pdcd1h/h），人源化的PD-1不能与鼠PD-L1结合，因此不能介导PD-1下游信号的产生。他们发现，PD-1人源化小鼠LTi细胞的IL-22表达量降低，这说明PD-1信号通路影响了IL-22的产生。

接着，研究人员通过RNA测序（RNA-seq）分析来进一步揭示PD-1调控LTi细胞活化的机制。他们发现，只有PD-1信号通路完整的LTi细胞，才会上调参与LTi细胞活化的相关基因。

此外，研究人员还注意到PD-1的缺失导致了LTi细胞的代谢重编程，主要表现为糖酵解减少和脂肪酸氧化（FAO）的增多。

PD-1信号的缺失导致了LTi细胞的代谢重编程

为了证明脂肪酸氧化对LTi细胞功能的影响，研究人员通过在LTi细胞中添加棕榈酸，或用高脂饲料喂养小鼠，来增强脂肪酸氧化，结果发现这些均可导致LTi细胞的IL-22表达显著降低。此外，抑制脂肪酸氧化则可恢复PD-1敲除的LTi细胞生成IL-22的能力。

总的来说，这些结果揭示了PD-1作为天然淋巴细胞的代谢检查点的关键作用，LTi细胞中PD-1的缺失会导致细胞脂肪酸氧化增强，并导致其功能受损，而抑制脂肪酸氧化可以促进LTi细胞的活化和功能。

这一发现提示PD-1在LTi细胞中的功能似乎与其他免疫细胞中的功能不同。T细胞和ILC2中的PD-1缺失可以增强了它们的效应功能，但LTi细胞中PD-1的缺失会导致其功能受损。

PD-1调节LTi细胞的代谢和功能

当然，这项研究还有一些问题值得进一步探究。例如，文章发现脂质代谢异常是导致LTi细胞功能障碍的重要因素，但脂肪酸氧化具体是如何损害IL-22产生的，还需要进一步的研究来阐释。