
移植物抗宿主病(GVHD)是异基因造血干细胞移植(allo-HSCT)后的常见并发症,是导致患者移植相关死亡的主要原因之一。目前,GVHD的一线治疗药物为糖皮质激素,迄今尚缺乏标准的二线治疗方案。近年来,相关研究发现,增加移植物中调节性T细胞(Treg)数量,可提高对GVHD的疗效。笔者拟就Treg亚群及其免疫抑制机制,优先促进Treg免疫重建的途径,以及扩增数量有限的Treg应用于临床进行阐述,旨在揭示Treg防治GVHD的安全性与可行性,为临床更好地应用Treg提高GVHD疗效提供参考。
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异基因造血干细胞移植(allogeneic hematopoietic stem cell transplantation,allo-HSCT)是治疗血液系统恶性疾病的有效手段。移植物抗宿主病(graft versus host disease,GVHD)是allo-HSCT后常见并发症,是导致患者移植后非复发死亡率较高的重要原因之一。目前,急性GVHD(acute GVHD,aGVHD)与慢性GVHD(chronic GVHD,cGVHD)的标准一线治疗药物均为糖皮质激素,但是均尚缺乏有效的标准二线治疗方案。用于治疗GVHD的免疫抑制类药物可导致患者感染和复发的风险增加,并且对激素难治性GVHD患者的疗效欠佳,患者病死率较高。调节性T细胞(regulatory T cell, Treg)是一类具有免疫调节功能的T细胞亚群,可通过多种途径抑制免疫反应,维持机体免疫稳态。目前多项临床试验结果显示,增加移植物中Treg数量在降低GVHD发生率的同时,并未增加其复发与感染的风险[1,2]。Treg治疗可作为防治GVHD的潜在新方法。笔者拟就Treg的生物学特点及其免疫抑制机制、如何优先促进Treg的免疫重建,以及扩增数量有限的Treg应用于临床进行介绍如下,旨在阐明Treg防治GVHD的安全性与可行性,以便在临床更好地应用Treg。
aGVHD是输注至患者体内的供者淋巴细胞识别患者组织抗原后发生活化、增殖,并攻击患者组织细胞的病理过程,可累及全身多个器官。原发病及预处理方案造成的组织损伤导致促炎细胞因子,如肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor,TNF)-α,白细胞介素(interleukin,IL)-1,-6等释放,并且促进抗原提呈细胞(antigen presenting cell,APC)上调主要组织相容性复合物(major histocompatibility complex,MHC),共刺激分子(CD86),以及黏附分子的表达水平[3]。移植物中供者T细胞在患者淋巴组织T细胞区与患者活化APC接触,通过识别APC提呈的异基因抗原MHCⅠ、Ⅱ类分子及内源性次要组织相容性抗原(minor histocompatibility antigen,mHA)而活化、增殖。抗原活化的T细胞可在趋化因子作用下迁移至消化道、肝和皮肤等aGVHD常见的靶器官,杀伤靶细胞,导致aGVHD的发生[3,4]。活化的T细胞还可直接发挥细胞毒性T淋巴细胞(cytotoxic T lymphocyte,CTL)的杀伤作用,并释放大量细胞因子,如干扰素、TNF-α等Th1型细胞因子,从而介导组织损伤[3,5]。目前,cGVHD的发病机制尚未完全明确。cGVHD为一种涉及固有免疫及适应性免疫的复杂病理过程,多种免疫细胞,如T细胞、B细胞、巨噬细胞,以及相关细胞因子,如IL-17,转化生长因子(transforming growth factor,TGF)-β等均参与其中,引起组织纤维化等改变[6,7]。
Treg是一群高度异质性的T细胞亚群。Miyara等[8]根据CD45RA和叉头框蛋白(folkhead box protein,Foxp)3表达水平,将Treg分为3种主要亚群:①稳定表达CD45RA+ Foxp3low静息Treg,②CD45RA— Foxp3high效应Treg, ③CD45RA—Foxp3low Treg。Foxp3特异性表达于成熟Treg,Foxp3基因缺失可造成Treg免疫抑制功能丧失,进而发生系统性自身免疫疾病[9,10],可将Foxp3的表达作为区分Treg与其他T细胞的特异性标志物。但有研究发现,在人活化效应T细胞中也可以短暂表达Foxp3,因此Foxp3并非Treg的特异性标志物。Treg低表达IL-7受体α链(CD127),CD127联合CD4、CD25可作为进一步区分和分离纯化Treg的标志物[11]。根据来源不同,可将Treg分为胸腺来源Treg(thymic Treg,tTreg),又称为天然型Treg(natural Treg,nTreg),以及外周来源Treg(peripheric Treg,pTreg)或者诱导型Treg(induced Treg,iTreg)。tTreg与iTreg在表观遗传学上存在较大差异,主要表现在Treg特异性去甲基化区域(Treg-specific demethylated region,TSDR)甲基化状态不同。TSDR是Foxp3基因位点中进化保守的非编码调控元件之一,TSDR去甲基化可使Foxp3稳定表达。在tTreg中TSDR完全去甲基化,而在iTreg中TSDR去甲基化状态不稳定,这也使过继性输注iTreg易丢失Foxp3表达,影响临床应用效果[12]。由于TSDR去甲基化程度在2类Treg中存在差异,分析TSDR去甲基化程度可能是区分2类Treg的可靠方法。但是基于TSDR去甲基化程度的评估方法,需要对Treg进行固定和渗透,这一过程可造成细胞损伤,因此该方法多用于实验室中Treg亚群的鉴别,而临床很少应用。因此,目前尚无有效区分tTreg与iTreg的标志物。Treg是调节免疫反应的一类重要细胞,由于其高度异质性,对Treg亚群的分类目前仍存在争议。
Treg可以通过接触或者非接触依赖的方式抑制CD4+T细胞、CD8+T细胞、自然杀伤(natural killer,NK)细胞和树突状细胞(dendritic cell,DC)等的功能,进而诱导机体免疫耐受。Treg除通过分泌免疫抑制因子,如IL-10,TGF-β等,抑制T细胞功能,以及分泌穿孔素、颗粒酶直接引起效应T细胞凋亡外,亦可干扰细胞代谢,如Treg表达细胞外酶CD39和CD73,在CD39和CD73的联合作用下,可将促炎介质ATP转化为腺苷,腺苷与A2A受体(A2A receptor,A2AR)结合,可负向调节效应T细胞功能[13]。近期研究发现,在GVHD小鼠模型中,阻断CD39/73-腺苷途径,而不阻断腺苷受体(adenosine receptor,AR)途径,亦可增加组织中T细胞浸润和血清细胞因子,如IL-2、TNF-α等的水平,使其GVHD相关症状加重[14]。吲哚胺2, 3-双加氧酶(indoleamine 2, 3-dioxygenase,IDO)是色氨酸分解代谢的关键酶,具有免疫抑制作用。IDO发挥免疫抑制的可能机制是通过酶促反应耗竭局部外周组织中T细胞赖以生存的色氨酸或者促进色氨酸代谢产物犬尿氨酸在局部积聚,从而促进T细胞凋亡。Jasperson等[15]在GVHD小鼠模型中发现,上调结肠中IDO水平,可局部降低T细胞增殖与生存,减轻GVHD组织损伤,并且IDO主要由APC,特别是DC产生。研究发现,Treg可通过细胞表面的细胞毒T淋巴细胞抗原(cytotoxic T lymphocyte antigen,CTLA)-4促进γ干扰素分泌,进而增加DC中IDO的活性,导致色氨酸分解代谢产物增加[16]。T细胞的充分活化需要T细胞表面CD28与APC表面CD80/86结合产生共刺激信号,由于Treg组成性高表达CTLA-4,而CTLA-4与CD80/86结合的亲和力高于CD28[17],因此阻断T细胞活化的第二信号,引起T细胞免疫功能下降。亦有研究发现,CTLA-4可通过反式内吞作用捕获APC上的CD80/86至CTLA-4+细胞内进行降解[18],减低CD28对效应T细胞的共刺激作用。Treg在GVHD中的发挥免疫调节作用的具体机制尚未阐明,其潜在机制可能为通过多种途径影响效应T细胞的功能,从而调节机体免疫反应。
供者效应T细胞除能够引起GVHD造成组织损伤外,也可介导移植物抗白血病(graft versus leukemia,GVL)效应杀伤残存白血病细胞。这是allo-HSCT治疗恶性血液系统疾病的重要机制。如何介导GVL效应,而不引发GVHD一直是相关研究领域热点。研究结果提示,Treg可以抑制常规T细胞(conventional T cell,Tcon)增殖,进而导致相关细胞因子水平下降。但是Tcon活化及功能并未受到Treg的影响,尤其是CD8+ T细胞仍保留杀伤肿瘤细胞的细胞毒性作用,并且相关细胞因子分泌水平并未减低,进而保留GVL效应[19]。因此,Treg在发挥免疫抑制作用改善GVHD的同时,可不影响GVL效应。
2011年,Brunstein等[1]予接受双份脐血移植的患者输注CD3/28抗体包被磁珠扩增的脐血来源Treg,输注剂量为(0.1~30.0)×105/kg。与未输注Treg的患者比较,输注CD3/CD28抗体包被磁珠扩增的脐血来源Treg患者Ⅱ~Ⅳ度aGVHD的发生率有所降低[43%(95%CI:23%~64%)比61%(95%CI:51%~72%),P=0.05]。由于体外CD3/CD28抗体包被磁珠扩增的Treg仅74%(17/23)达到了目标培养剂量,随后Brunstein等[2]采用K562人工APC(artificial APC, aAPC)扩增Treg,Treg扩增水平明显提高,患者输注剂量最高可达100×106/kg,并且未观察到输注不良反应;移植后100 dⅡ~Ⅳ度aGVHD发生率与应用西罗莫司联合吗替麦考酚酯预防GVHD的对照患者相比有所下降[9%(95%CI:0~25%)比45%(95%CI: 24%~67%),P=0.05)],并且不增加患者感染、复发或者早期死亡的发生风险。这说明,输注Treg与预防GVHD免疫抑制药物方案相比,在减少GVHD发生的同时,并未增加复发、感染的风险。这为Treg应用于临床提供了有力支撑。
2015年,Bolton等[20]将纯化Treg联合IL-2静脉输注至免疫缺陷Rag-/-小鼠模型中,7 d后再静脉输注1×106 CD4+CD25+Tcon发现,与同时输注Tcon与Treg相比,优先输注Treg能够明显抑制Tcon的增殖(P<0.000 1)。该研究结果证实,优先促进Treg重建可有效抑制Tcon增殖。这可能是Treg通过下调DC表面CD80/86表达水平,从而抑制Tcon增殖。同样在骨髓移植(bone marrow transplantation,BMT)小鼠模型中,与同时输注Treg与Tcon的小鼠相比,提前静脉输注Treg(无论输注的是供鼠Treg或是受鼠Treg)并获得重建后,再静脉输注Tcon的小鼠总体生存(overall survival,OS)率均获得显著提高(P=0.000 9、0.000 5)。Wachsmuth等[21]在单倍体相合allo-HSCT模型小鼠接受移植后21 d发现,移植后环磷酰胺(post-transplantation cyclophosphamide,PTCy)25 mg/(kg·d)处理小鼠与磷酸缓冲盐溶液(phosphate buffer saline,PBS)对照小鼠相比,CD4+ CD25+ Foxp3+ Treg数量显著增加,并且Treg的TSDR高度去甲基化。通过胸腺切除等方法最大限度去除PTCy处理受鼠体内Treg则会导致严重的GVHD。这提示,PTCy预防GVHD的机制可能是PTCy可优先促进CD4+ CD25+ Foxp3+ Treg的快速重建,同时抑制效应T细胞的增殖。在一项纳入29例allo-HSCT患者的Ⅱ期临床试验中,静脉输注α-半乳糖神经酰胺衍生物脂质体剂型RGI-2001可显著扩增allo-HSCT后患者体内的Treg,Treg/Tcon增加,并且扩增的Treg具有较高的Ki-67指数,几乎全部为Helios+ Foxp3+ Treg。与对RGI-2001治疗无反应者(n=21)相比,对RGI-2001治疗有反应者(n=8)的Ⅱ~Ⅳ度及Ⅲ~Ⅳ度aGVHD发生率均减低[Ⅱ~Ⅳ度aGVHD发生率:12.5%(1/8)比52.4%(11/21),Ⅲ~Ⅳ度aGVHD发生率:0比9.5%(2/21)]。文献报道,RGI-2001可与西罗莫司协同促进Treg增殖[22]。目前相关研究中Treg大部分来自于外周血或者脐血。由于外周血和脐血中Treg数量稀少及体外扩增Treg技术的复杂性,满足临床免疫治疗所需Treg数量仍有一定难度。而探索Treg体外扩增技术,加快移植后Treg免疫重建,将为防治GVHD的相关研究提供新的方向。
外周血中CD4+CD25+Foxp3+Treg仅占CD4+T细胞的5%~10%。如何获得临床所需足够数量的Treg,并且保证Treg高纯度,免疫表型稳定及迁移特性等仍然是亟待解决的重要问题。体外诱导与扩增获得的iTreg,经输注后容易丢失Foxp3表达,甚至获得效应T细胞表型,从而限制了其临床应用。研究结果显示,CD4+初始T细胞与异基因DC在添加维生素C(100 μg/mL)iTreg诱导条件下共培养6~7 d,与未添加维生素C对照组相比,添加维生素C组iTreg表面Foxp3表达水平增加(P<0.05)。进一步分析发现,维生素C可以促进iTreg表面Foxp3的TSDR去甲基化,并且TSDR去甲基化的程度与tTreg相当,这可提高iTreg表面Foxp3表达的稳定性[23]。将iTreg输注至GVHD小鼠模型中发现,与未添加维生素C对照组相比,经维生素C处理的iTreg,能够减少小鼠小肠和结肠炎症细胞浸润和上皮细胞的破坏程度,改善GVHD的症状,并且明显提高小鼠OS率(P<0.01)[23]。研究发现,供者来源Treg与第三方来源Treg有相似的抑制GVHD发生的作用,这在人类白细胞抗原(human leukocyte antigen,HLA)不相合移植小鼠模型中得到验证。第三方来源Treg能够应用于allo-HSCT后GVHD的预防,虽然供者来源Treg抑制GVHD的效果最好,但是在缺乏HLA匹配供者的情况下,第三方来源Treg仍然是一种极具潜力的细胞治疗替代方案[24]。有研究从心脏病患儿摘除的胸腺中分离和扩增大量Foxp3+ nTreg,nTreg能够稳定表达Foxp3,有效抑制同种异体T细胞反应,并且与从外周血来源CD25+ iTreg相比,nTreg在炎症条件下更能保持细胞表型与免疫抑制功能稳定。在GVHD小鼠模型中,与单纯输注外周血单个核细胞(peripheral blood mononuclear cell,PBMC)比较,输注胸腺来源Treg联合PBMC的小鼠中位OS期明显延长[(24.6±11.2)d比(8.7±1.4) d,P=0.002][25]。McKenna等[26]应用KT64/86 aAPC扩增脐血来源Treg,并且在扩增培养12 d后再次应用aAPC刺激Treg增殖。与CD3/28微珠扩增效果比较,aAPC初次刺激及再刺激所扩增的Treg数量分别增加8和20~30倍;体外扩增或者输注至患者体内经aAPC扩增的Treg均稳定表达Foxp3;与仅接受PBMC的GVHD模型小鼠相比,接受aAPC扩增Treg与PBMC比例为1∶1的小鼠OS率显著提高(P<0.016)。目前限制Treg用于临床的主要障碍为Treg数量缺乏。扩增第三方来源的Treg或者改进Treg扩增方案,有效刺激Treg增殖,产生足够数量的Treg,将可加快Treg应用于临床。
Gu等[27]采用全反式维甲酸扩增来源于肝移植患者的iTreg,并将其输注至GVHD小鼠模型体内,发现输注患者iTreg与健康个体iTreg小鼠的OS率相比,差异无统计学意义(P>0.05);与未输注iTreg的空白对照小鼠相比,输注患者iTreg小鼠的GVHD严重程度显著下降(P<0.01),并且OS率增加(P<0.001)。Chopra等[28]构建了小鼠TNF受体(TNF receptor,TNFR)2选择性激动剂STAR2,采用免疫荧光技术检测发现,与空白对照小鼠相比,在STAR2处理的小鼠次级淋巴器官和外周器官中,Treg数量明显增加;并且采用STAR2处理的allo-HSCT小鼠模型,其中位OS期从16 d延长至>40 d。该研究亦发现,与空白对照相比,人TNFR2特异性激动剂也可以在体外激活人Treg扩增。文献报道,在allo-HSCT前应用小鼠STAR2可在小鼠体内扩增Treg,降低GVHD严重程度,同时不影响allo-HSCT后GVL效应[28]。上述研究结果证实,扩增受者体内的Treg具有改善GVHD的作用,但是其有效性及安全性需要更多的研究予以验证。
IL-2是Th1类细胞因子,活化的效应T细胞表面IL-2受体表达水平增加。IL-2作为调控T细胞活化、增殖的重要细胞因子,参与GVHD的发生、发展。Treg的存活及增殖也需要IL-2的介导。达利珠单抗(daclizumab)是一种人源化单克隆抗体,可以与CD25结合,从而阻断CD25与IL-2结合,通常作为aGVHD的二线治疗方案。然而,一项多中心、随机、双盲临床研究发现,无关供者allo-HSCT后接受达利珠单抗治疗的患者与接受安慰剂治疗者相比,cGVHD发生风险增加(HR=1.49, 95%CI:1.0~2.3,P=0.08),复发风险降低(HR=0.57,95%CI:0.3~1.0,P=0.05)。接受安慰剂、达利珠单抗0.3、1.2 mg/kg患者aGVHD发生率分别为66%(43/65)、72%(50/69)及75%(57/75),3者相比,差异无统计学意义(P=0.43)[29]。进一步分析发现,移植后早期,与接受安慰剂治疗的患者相比,接受达利珠单抗治疗者,T细胞中Treg比例下降(安慰剂组比达利珠单抗0.3 mg/kg组:28%比16%,P<0.000 1;安慰剂组比达利珠单抗1.2 mg/kg组:28%比18%,P<0.000 1);但是移植1年后,与安慰剂组相比,达利珠单抗1.2 mg/kg治疗组CD4+记忆T细胞占CD4+T细胞比例增加(10%比21%,P=0.02)。因此,在达利珠单抗治疗过程中,aGVHD发生率无明显改善,而这可能是达利珠单抗在降低效应T细胞反应活性的同时,延缓Treg重建,而促进免疫记忆所致[29]。Hirakawa等[30]研究发现,低浓度IL-2在体外可选择性诱导Helios+ CD4+ Treg中信号传导及转录激活蛋白(signal transducer and activator of transcription, STAT)5磷酸化,促进Treg的活化与增殖,而仅增加CD4+效应T细胞和CD8+ T细胞表面程序性细胞死亡因子(programmed-cell death, PD)-1表达水平,抑制效应T细胞活性。因此,该研究者认为,低浓度IL-2可改善GVHD的症状。Pérol等[31]研究发现,给予供鼠IL-2处理可以增加移植物中Treg数量(P<0.001),但是与移植物来源于PBS处理小鼠相比,接受经IL-2处理的小鼠移植物的受鼠GVHD发生率并未明显下降(P>0.05);并且予受鼠不同浓度IL-2,均未发现IL-2能够减低GVHD发生风险,甚至高浓度IL-2可诱导GVHD发生。由此可见,IL-2可能对GVHD的发生发挥促进或者抑制的双重作用。Trotta等[32]研发了一种人源化IL-2抗体,该抗体与IL-2结合可改变IL-2构象,使其优先促进Treg扩增,加快免疫重建。该人源化IL-2抗体已在GVHD小鼠模型中被证实是有效的,与单纯输注IL-2小鼠相比,输注IL-2-抗体复合物小鼠的OS率获得明显提高(P<0.05)。由于活化的效应T细胞和Treg均高表达CD25,明确不同IL-2剂量在免疫调节中发挥何种作用,如何正确利用IL-2以避免激活扩增的效应T细胞促进GVHD的发生仍有待解决。Hotta等[33]研究发现,使用粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子(granulocyte-macrophage colony-stimulating factor,GM-CSF)可以扩增CD4+ CD8- DC,而CD4+ CD8- DC倾向于优先促进Treg扩增。在cGVHD小鼠模型中应用GM-CSF可以减轻小鼠cGVHD症状;但是在应用GM-CSF与PBS对照处理的cGVHD小鼠模型中,Treg抑制Tcon的增殖能力相当。这可能是由于Treg/Tcon增加,而不是Treg抑制能力增强,因而改善了小鼠cGVHD症状。Treg和Tcon的生物学活性均同时受到IL-2的调节,合理应用IL-2,促进Treg对Tcon的免疫抑制作用,可能减低GVHD的发生风险。
以Treg为基础的细胞疗法由于可以抑制GVHD,并且不影响GVL效应,因而日益受到相关研究者的关注。虽然Treg在外周血中所占比例较少,但是目前多种良好生产规范(good manufacturing practice,GMP)级大规模扩增方案已经被开发,这使过继性输注足量Treg应用于临床GVHD的治疗具有可行性。但是仍需优化扩增方案,降低技术费用与扩增难度。此外,需要进一步研究如何在移植后优先促进Treg免疫重建,使之与Tcon比例达到平衡状态,在有效预防GVHD的同时,不会造成复发和感染的风险增加。IL-2作为调控Treg增殖、分化的重要细胞因子,如何通过Treg降低GVHD发生风险的相关研究领域仍值得探索。
所有作者均声明不存在利益冲突





















