CD40-CD40L通路在自身免疫性疾病中的作用

CD40-CD40L通路在自身免疫性疾病中的作用

陈佳园1  李卉2

CD40是一个TNF受体超家族成员，同时表达于免疫细胞和非免疫细胞。B细胞表达的CD40与其结合伙伴CD40L之间的相互作用，主要在活化的CD4 T细胞上表达，在促进生发中心的形成和类转换抗体的产生中发挥着关键作用。表达CD40的非造血细胞也可以参与CD40L并触发促炎反应。本篇文章将强调人类CD40-CD40L轴的生物学特性，并描述CD40信号在造血细胞和非造血细胞中对自身免疫性疾病发病机制的潜在贡献。

B淋巴细胞的强劲激活需要通过抗原受体和共刺激[1]进行刺激。CD40是肿瘤坏死因子受体（TNFR）超家族[2]的共刺激成员。CD40与其配体（CD40L或CD154）是一种跨膜蛋白，与TNFR超家族的其他成员一样，形成三聚体，具有最佳信号[3,4]所需的高阶聚类。CD40的第一个功能表征是在人B淋巴细胞上进行的，它在那里被组成性表达，并通过CD40信号传导促进B细胞的激活和增殖[5]。CD40L最初是在活化的CD4+ T细胞[6–8]表面发现的，B细胞和T细胞之间的CD40-CD40L相互作用被证明对生发中心（GC）反应和T依赖抗原[9]反应的同型类转换至关重要。进一步的研究确定了CD40及其配体比B和T淋巴细胞更广泛的表达模式。CD40在其他造血细胞上表达，如单核细胞和树突状细胞（DCs），在那里它促进细胞存活和细胞因子的产生[10]，也可以信号诱导表达CD4+ T细胞[11]的CD40L的激活、增殖和细胞因子的产生。CD40信号通路也影响对非造血细胞的细胞反应，包括内皮细胞、上皮细胞、成纤维细胞和神经元细胞[12–15]。此外，CD40L已被证明在多种细胞上表达，包括肥大细胞、嗜碱性粒细胞、B细胞、自然杀伤（NK）细胞、巨噬细胞、巨核细胞和血小板，突出了CD40通路在细胞生物学[16,17]中的广泛作用。虽然CD40被认为是CD40L的主要结合伙伴，但CD40L能够结合整合素家族中的其他受体，即αIIbβ3、α5β1（VLA-5）、αMβ2（Mac-1）[18]。鉴于CD40轴的广泛影响，严格调控CD40/ CD40L的表达对于维持适当的免疫应答是必要的。重要的是，CD40通路成分的表达已被证明在各种疾病环境中发生了失调。与健康对照组相比，CD40L在系统性红斑狼疮（SLE）患者的各种细胞亚群上表达升高，包括B细胞、T细胞和单核细胞[19–20]，以及在类风湿关节炎（RA）和银屑病关节炎（PsA）[22]患者的循环T细胞上表达升高。RA T细胞上CD40L的过表达与较差的临床结果相关，包括更高的疾病活动性和更少的缓解。此外，可溶性CD40L（sCD40L）也被发现在几种自身免疫性疾病[17]中增加。同样，CD40序列中的一个SNP导致甲状腺中CD40蛋白水平升高，并与Graves病患者的疾病相关。

总之，这些结果支持了CD40通路在自身免疫性疾病中的作用，并表明异常的CD40信号通路可能有助于致病性自身免疫性疾病的启动或维持虽然早期的工作集中在CD40-CD40L通路在对t依赖抗原产生体液免疫应答中的重要作用，但大量研究表明CD40轴的作用远远超出了T细胞/B细胞的相互作用。

这篇综述将强调我们对人类CD40通路生物学的了解，并强调其在促进GC反应方面的作用以及它对免疫非体液方面的贡献。CD40-CD40L轴涉及多种临床环境，包括心血管疾病和移植，然而，这篇综述将特别关注其对自身免疫性疾病发病机制的贡献，并将详细介绍过去和目前用于临床靶向这一途径的方法。CD40在B细胞中的作用已被广泛描述，并已被证明对T依赖性抗原的生产性初级和次级体液免疫应答至关重要。本节将描述CD40信号通路对人类B细胞生物学的各个方面的影响体外研究证实了CD40作为一种共刺激信号的关键作用，当与细胞因子或其他刺激联合传递时，可促进B细胞的激活和增殖。CD40刺激导致人外周血B细胞以及来自人扁桃体的幼稚、记忆和GC B细胞上CD80和CD86的上调。CD40信号还能诱导人B细胞上CD95/Fas和主要组织相容性复合体II类（MHCII）的上调。除了早期激活事件外，CD40信号还通过细胞周期和B细胞扩增促进细胞的进展。CD40与抗CD20、IL-4或IL-21联合使用，刺激循环和组织驻留的B细胞的强劲增殖[5]。

细胞因子环境在塑造整体免疫应答中起着关键作用，CD40信号通路可以影响人类B细胞的细胞因子的产生。CD40刺激诱导幼稚和记忆扁桃体B细胞产生IL-12。研究表明，CD40可以与IL-4一起发出信号，诱导人B细胞激活NFκB和产生IL-6。与BCR信号协同作用，CD40共同刺激几种促炎细胞因子的产生，包括IL-6、TNFα和淋巴毒素-[20]。相反，单独刺激CD40可以诱导IL-10的产生，这是一种具有抑制能力的细胞因子。因此，在附加刺激之前，CD40信号可以促进支持细胞激活和GC形成的细胞因子环境或更抑制的环境，突出CD40作为免疫激活的关键变阻器。

CD40信号也支持B细胞分化为分泌的浆细胞，并与其他信号结合，驱动转换到各种抗体同型。在IL-4信号通路的背景下，CD40促进IgM、IgG和IgE抗体的分泌，而CD40与IL-10和TGFβ协同刺激可诱导IgA分泌。CD40结合IL-21和BCR信号，促进幼稚人B细胞和记忆性人B细胞分化为CD38浆细胞，并诱导幼稚B细胞向IgG1和IgG3的类开关重组（CSR）。这些数据支持了CD40在体液免疫反应产生中的核心作用，并强调了CD40信号在反应定向输出中的上下文依赖性。我们已经了解到了大量关于CD40轴在在该通路上有缺陷的人类的体液免疫中的作用。CD40或CD40L缺乏症的个体会发展为高IgM综合征（HIGM），这是一组具有CSR缺陷的异质性疾病，其特征是循环IgM浓度正常至高浓度，IgG、IgA和IgE水平异常低。HIGM患者不应对免疫和增加易感性机会性感染包括呼吸道、胃肠道和中枢神经系统感染被认为是至少部分与有缺陷的体液反应与IVIG治疗导致显著降低感染。对HIGM患者组织的分析表明，CD40通路在胃癌形成过程中起着不可或缺的作用。CD40L缺乏症患者的淋巴结有正常的初级卵泡，含有Bcl-2+ B细胞，但大部分缺乏GCs。此外，HIGM患者的滤泡树突状细胞（FDCs）在数量和定性上均有改变。这包括FDC数量的显著减少以及表型异常，如CD21和CD23 表达的显著减少。已知FDCs的分化依赖于来自T细胞和B细胞的因子，因此CD40信号通路缺陷患者的B细胞激活流产可能导致FDC异常。累积起来，这些数据表明了CD40-CD40L相互作用在GC反应的形成和维持中的关键作用。CD40突变的人类GC反应的缺陷也可能导致B细胞记忆的形成缺陷。在x-连锁HIGM患者中，记忆B群体显著减少，包括循环  IgD-CD27+类转换记忆B细胞几乎缺失。

综上所述，这些研究描述了CD40- CD40L通路在人类B细胞的选择、激活和分化以及GCs和CSR的形成中的关键作用。除了在体液免疫中发挥关键作用外，该途径的重要性在细胞介导免疫中很明显，临床中有多个分子旨在调节该途径。接下来将描述CD40轴对免疫反应的非体液贡献。CD40L在人CD4+ T细胞中的表达是动态调控的。激活后数小时内，CD4+ T细胞瞬时表达CD40L。在这个早期阶段，CD40L与来自其他细胞的膜结合CD40的相互作用导致CD40L的蛋白裂解、内吞作用和溶酶体降解，以及可溶性CD40L作为细胞因子的释放。此外，T细胞中CD40L mRNA在[17]中下调。CD4 T细胞的晚期CD40L表达（激活48h后）是CD28依赖性的，在人类中受到IL-2的正向和直接调控。达利珠单抗（抗CD25/IL-2RA）可进一步抑制CD28依赖性的CD40L的上调证明了这一过程是IL-2介导的。此外，IL-4的加入对CD40L的表达没有影响，而IL-12可以部分增加人T细胞上的配体表达。这双相表达CD40L可以支持不同的生物学角色：早期CD40L被证明导致B细胞激活，Ig分泌，同型转换和记忆形成，而持续CD40L表达被报道抑制B细胞终端分化的B细胞淋巴瘤细胞系。有趣的是，研究还证明了CD28的一个名为CD28i的剪接变体在人类T细胞中作为一个适配器蛋白，并与CD40L形成了一个复合物。这种关联被认为是调节T细胞激活驱动的JNK、PAK和Akt通路的阈值。CD40-CD40L相互作用影响CD4+ T细胞向效应亚群的分化。T细胞上的CD40L与树突状细胞上的CD40结合，诱导树突状细胞产生IL-12，进而导致Th1反应的倾斜。虽然CD40l介导的CD4 T细胞对树突状细胞的许可作用已被广泛接受，但这一途径对CD8 T细胞激活的贡献尚不明确。据报道，人类抗原特异性CD8 T细胞表达CD40L，并为树突状细胞提供帮助。此外，IL-12和随后的STAT4信号通路可以促进人CD8 T细胞上CD40L的表达，从而在没有CD4 T细胞的情况下自启动帮助。在这种情况下，CD8 T细胞仍然能够执行细胞毒性功能，但当CD4 T细胞提供CD40L表达、细胞因子产生和适当刺激APCs时，最佳的CD8 T细胞启动。与小鼠CD8 T细胞不同，活化的人CD8 T细胞不表达CD40 。也有研究表明，sCD40L在T细胞白血病细胞系中抑制快速诱导的细胞死亡，它结合α5β1整合素并激活促生存信号，如p38、ERK1/2、PI3K和Akt 。作为先天免疫系统和适应性免疫系统之间的桥梁，树突状专业抗原提呈细胞如树突状细胞通过主要组织相容性复合体/T细胞受体（MHC/TCR）相互作用将抗原呈递给T细胞，从而导致效应T细胞功能。有效的T细胞反应也需要在树突状细胞上表达共刺激分子，如CD80和CD86，只有这样T细胞才能被适当激活。CD40L与CD40对树突状细胞的参与已被证明可以上调MHC和共刺激分子的表达。这导致了DC的成熟，DC的适当许可和T细胞的有效启动。CD40L与CD40的结合导致TNF受体相关因子（TRAFs）蛋白家族被招募到CD40的胞内结构域。被激活的下游信号通路依赖于特定的TRAF，TRAF6被认为是DC生物学的主要参与者。TRAF6招募到CD40导致p-38依赖的MAPK通路和myd88依赖的NFKb通路的激活。这些通路的激活导致树突状细胞的存活和成熟，以及细胞因子的分泌。一些研究也报道，非典型的NFKb通路可以通过树突状细胞中的丝氨酸/苏氨酸激酶NIK（NFKb诱导激酶）以cd40依赖的方式被激活，该激酶可以交叉启动CD8 T细胞。如前所述，CD40L也可以被分泌并作为一种细胞因子。循环可溶性CD40L（sCD40L）已在不同的疾病环境中被报道。一份报告表明，sCD40L以单体和多聚体的形式存在于正在接受抗逆转录病毒治疗的HIV患者的血浆中。他们进一步证明，虽然多聚的sCD40L是免疫刺激的，但单体形式不会导致真正的刺激。此外，在TLR配体存在的情况下，单体和多聚sCD40L的刺激会导致树突状细胞的功能障碍和IL-12分泌的缺陷。在另一项针对HIV患者的研究中，sCD40L被证明通过因多拉胺-吡咯2,3-双加氧酶（IDO）诱导的树突状细胞色氨酸代谢和随后产生的T调节细胞具有免疫抑制作用。在癌症环境中，三聚体sCD40L与癌症特异性标记物（EpCAM）融合，并被报道在诱导有效和特异性的DC成熟和癌细胞凋亡方面发挥了有益的作用。值得注意的是，CD40L的环境依赖性活性，需要进一步的研究来微调当前治疗方法的疗效。

[1] A.H. Sharpe, Mechanisms of costimulation, Immunol. Rev. 229 (1) (2009) 5–11.

[2] M. Croft, C.A. Benedict, C.F. Ware, Clinical targeting of the TNF and TNFR superfamilies, Nat. Rev. Drug Discov. 12 (2) (2013) 147–168.

[3] H.J. An, et al., Crystallographic and mutational analysis of the CD40-CD154 complexand its implications for receptor activation, J. Biol. Chem. 286 (13) (2011)

11226–11235.

[4] M. Karpusas, et al., 2 a crystal structure of an extracellular fragment of humanCD40 ligand, Structure 3 (10) (1995) 1031–1039.

[5] E.A. Clark, J.A. Ledbetter, Activation of human B cells mediated through two distinctcell surface differentiation antigens, Bp35 and Bp50, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 83(12) (1986) 4494–4498.

[6] R.J. Armitage, et al., Molecular and biological characterization of a murine ligand forCD40, Nature 357 (6373) (1992) 80–82.

[7] D. Hollenbaugh, et al., The human T cell antigen gp39, a member of the TNF gene

family, is a ligand for the CD40 receptor: expression of a soluble form of gp39 with B cell co-stimulatory activity, EMBO J. 11 (12) (1992) 4313–4321.

[8] R.J. Noelle, et al., A 39-kDa protein on activated helper T cells binds CD40 and

transduces the signal for cognate activation of B cells, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S.A. 89 (14) (1992) 6550–6554.

[9] T. Kawabe, et al., The immune responses in CD40-deficient mice: impaired immunoglobulin class switching and germinal center formation, Immunity 1 (3) (1994)167–178.

[10] R.D. Stout, J. Suttles, The many roles of CD40 in cell-mediated inflammatory responses, Immunol. Today 17 (10) (1996) 487–492.

[11] I.S. Grewal, R.A. Flavell, A central role of CD40 ligand in the regulation of CD4+ Tcell responses, Immunol. Today 17 (9) (1996) 410–414.

[12] K.M. Fries, et al., CD40 expression by human fibroblasts, Clin. Immunol.

Immunopathol. 77 (1) (1995) 42–51.

[13] D. Hollenbaugh, et al., Expression of functional CD40 by vascular endothelial cells, J.Exp. Med. 182 (1) (1995) 33–40.

[14] K. Karmann, et al., CD40 on human endothelial cells: inducibility by cytokines andfunctional regulation of adhesion molecule expression, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A.92 (10) (1995) 4342–4346.

[15] J. Tan, et al., CD40 is expressed and functional on neuronal cells, EMBO J. 21 (4)

(2002) 643–652.

[16] U. Schonbeck, P. Libby, The CD40/CD154 receptor/ligand dyad, Cell. Mol. Life Sci. 58 (1) (2001) 4–43.

[17] C. van Kooten, J. Banchereau, CD40-CD40 ligand, J. Leukoc. Biol. 67 (1) (2000) 2–17.

[18] N.A. Michel, A. Zirlik, D. Wolf, CD40L and its Receptors in Atherothrombosis-An

Update, Front Cardiovasc Med 4 (2017) 40.

[19] A. Desai-Mehta, et al., Hyperexpression of CD40 ligand by B and T cells in human

lupus and its role in pathogenic autoantibody production, J. Clin. Invest. 97 (9)

(1996) 2063–2073.

[20] C.G. Katsiari, et al., Aberrant expression of the costimulatory molecule CD40 ligand on monocytes from patients with systemic lupus erythematosus, Clin. Immunol.103 (1) (2002) 54–62.