ICOS/ICOSL的免疫调节作用与相关疾病的研究进展

李盛村，王 婷，王国祥*

(苏州大学1.体育学院，江苏苏州215021;2.医学部基础医学与生命科学学院，江苏苏州215123)

肿瘤异常抗原逃避免疫系统的监控才能存活，因此免疫监视和免疫应答在预防和消除疾病的过程中起到重要作用。协同刺激信号在产生细胞免疫效益的过程中起重要作用。可诱导协同刺激分子(inducible co-stimulator，ICOS)及其配体(ICOSL)结合介导的协同刺激信号，能调节T 细胞的活化、增殖以及细胞因子的分泌。近年来研究证实，ICOS/ICOSL 信号通路与炎性反应、自身免疫性疾病、肿瘤和移植排斥等均有联系［1］。鉴于此，本综述介绍ICOS/ICOSL 的结构及其免疫调节功能，并综述最近与ICOS/ICOSL 有关的临床疾病研究。

1 ICOS 和ICOSL 分子结构

ICOS 是由2 个亚单位构成的同源二聚体，属Ⅰ型跨膜蛋白，相对分子质量分别约为55～60 ku 属于免疫球蛋白超家族。ICOS 的氨基酸组成与CD28和CTLA-4 分别有24%和17%的同源性。ICOS 的胞质区含有YMFM 基序，能与PI3K 激酶结合，胞外区含有一个V 样Ig 功能区，其中的FDPPF 基序是与相应配体ICOSL 结合的结构。ICOSL［2］基因含有7 个外显子，其中多个外显子编码胞外两个免疫球蛋白样结构，1 个外显子编码跨膜区，2 个编码胞内区。ICOSL 的基因产物是由309 个氨基酸组成的Ⅰ型跨膜糖蛋白，约63～72 ku，胞外区与B7 家族其他分子相似，包含IgV 和IgC 区，该分子的胞内段根据不同的生理环境及细胞自身的状态剪接形成不同的异构体。其中的4 个半胱氨酸及IgV 区80 位的酪氨酸都是保守位点，不仅是B7 家族标志性位点，而且对于免疫球蛋白样结构的形成十分重要［3］。

2 ICOS 和ICOSL 对免疫细胞的调控

ICOS 与其配体ICOSL 结合后能够产生一系列与免疫反应相关的效应。初期的研究主要集中在ICOS/ICOSL 对Th1 或Th2 的作用，而最近的研究则集中在ICOS/ICOSL 对生发中心(germinal center，GC)的形成和免疫球蛋白的类型转换等方面。此外，不少研究者关注ICOS/ICOSL 在自身或非自身免疫反应中与效应性和调节性T 细胞的功能关系。

2.1 对B 细胞免疫应答的调控

研究发现敲除ICOS 基因小鼠和ICOS 缺失的普通变异型免疫缺陷病(common variable immunodeficiency，CVID)患者既不能形成生发中心，也不能进行免疫球蛋白的类别转换，这表明ICOS/ICOSL 信号在B 细胞免疫应答中有着潜在的重要作用。近年来，一种新的功能性细胞亚群-滤泡性辅助T 细胞(follicular helper cells，Tfh cells)在B 细胞生发中心的形成和抗体类型转换中的作用越来越受到人们的关注［4］。特异性敲除ICOS，使c-Maf 转录降低以及细胞因子IL-21 分泌减少，从而影响Tfh 的功能发挥［5］;而在转ICOS 基因小鼠中，由于ICOS 的高表达，促进了IL-21 的分泌，最终使得Tfh 细胞分化和增殖，促进B 细胞生发中心形成［6］。

B 细胞分泌的ICOSL 能够介导非典型NF-κB信号通路，从而调节Tfh 细胞的分化［7］。除此之外，ICOS/ICOSL 信号通路还能促进T 细胞上CD40L 的表达，CD40 和CD40L 形成信号通路后能够进一步地促进B 细胞的成熟和存活［8］。因此，ICOS/ICOSL信号通过调节Tfh 细胞的分化增殖而对B 细胞免疫应答产生影响。

2.2 对T 细胞免疫应答的调控

ICOS/ICOSL 信号对CD4+T 细胞，Th1、Th2、Th17 细胞以及调节性T 细胞(Treg)的形成也有重要影响。早期研究显示，ICOS/ICOSL 信号通路能够促进Th1 和Th2 的相关细胞因子IFN-γ、TNF-α、IL-4、IL-5 和IL-10 等的分泌，而ICOS 基因敲除小鼠对细菌性或者病毒性炎性反应不具有免疫性，这可能与ICOS/ICOSL 信号通路的缺失影响了Th1 和Th2 免疫反应有关。ICOS/ICOSL 信号尤其对Th2免疫反应有优势作用，不仅可以促使Th2 极化相关的细胞因子的表达，而且对Th2 相关的转录因子NFATc1 和c-Maf 具有上调作用;同样，不表达ICOSL 的APC 无法诱导CD4+T 细胞上c-Maf 的转录，最终抑制了Th2 细胞的分化［9］。ICOS 的缺失明显抑制了Th1 介导的自身免疫糖尿症和Th2 介导的气道炎性反应的病理进程［10］。深入的研究还发现，在免疫效应阶段通过运用ICOS 抗体阻断ICOS/ICOSL 信号通路，可以减轻疾病临床表现，而并不能减轻疾病的早期阶段，提示ICOS 可能在Th17 效应阶段发挥了调节作用［11］。

ICOS/ICOSL 信号对于记忆性T 细胞和Treg 的研究相对还较少。研究显示，在缺乏ICOS/ICOSL共刺激信号通路时，效应记忆性T 细胞存活率降低，但是中央记忆性T 细胞没有明显变化［12］。与此一致，敲除ICOS 基因小鼠和缺乏ICOS 的CVID 患者，记忆性CD4+T 细胞数量减少，这说明ICOS 可能在调节记忆性T 细胞的数量方面有着很重要的作用［13］。在ICOS 基因敲除小鼠中，CD4+Foxp3+细胞的数量减少，表明ICOS 对于维持Treg 的平衡起着重要作用;在体外，ICOS/ICOSL 信号通路能够促使Treg 细胞增殖及存活，表明在ICOS/ICOSL 信号中断的情况下，Treg 细胞不能增殖和存活［14］。上述研究结果提示，ICOS/ICOSL 信号对各种类型的T细胞的功能均有不同程度的影响。

3 ICOS/ICOSL 与相关临床疾病的研究

3.1 ICOS/ICOSL 与自身免疫性疾病

通过研究Grave's 病、狼疮性肾炎和类风湿性关节炎(rheumatoid arthritis，RA)等自身免疫病时均发现，ICOS/ICOSL 途径与自身免疫病的病理进程存在密切关系。该途径主要在T 细胞应答的效应阶段发挥功能［15］，因此ICOS/ICOSL 在自身免疫病中的作用引起高度重视。

RA 患者的外周血和滑膜液中的ICOSL 水平显著高于健康组，这种升高会导致细胞因子IL-21 的水平显著升高，继而参与了关节腔内的局部炎性反应。ICOS 参与炎性反应可能与B 淋巴细胞介导的Tfh 细胞活化有关，Tfh 细胞的激活率可以用于评价RA 患者治疗干预效果［16］。有研究使用抗体阻断ICOS 与其配体的结合，随着ICOS 信号阻断，减少促炎性细胞因子及相应抗体的产生，继而能够显著减缓关节炎的病程发展;然而ICOS 信号的减弱也减少淋巴结和脾的滤泡辅助T 细胞以及生发中心B细胞的数量，对机体系统性免疫带来负面影响［17］。因此，针对协同刺激信号治疗RA 的实验仍需要更加深入的探索，如靶向DNA 疫苗［18］，靶向阻断信号分子等技术和手段的应用不断完善，可能为RA 的安全而系统的治疗带来新的希望。

系统性红斑狼疮(systemic lupus erythematosus，SLE)是一种弥漫性、全身性自身免疫病。研究发现ICOS/ICOSL 途径在SLE 的发病机制中发挥重要作用。在SLE 患者群体中发现T 细胞表面信号ICOS表达增加，而小鼠SLE 模型中ICOS 不足又缺少IgG和抗dsDNA 抗体［19］。在小鼠的红斑狼疮实验中，用抗ICOSL 单抗阻断该信号后可抑制与该病相关的细胞和体液免疫反应。如T 细胞表面活化标志CD69 和CD25 的表达降低，并且下调细胞因子IL-4、IL-10 和IFN-γ 及自身抗体的表达水平，进而改善临床病理表现，阻止疾病的进一步恶化［20］。一些针对狼疮治疗的产品(例如Amgen treatment AMG 577)已经被开发出来，AMG577 是一种人类单克隆抗体，靶向作用于B7RP-1，可以阻断ICOS 相关信号［19］。

3.2 ICOS/ICOSL 与肿瘤

ICOSL 作为B7 家族成员之一，能够表达于肿瘤细胞表面，在肿瘤免疫中起重要作用。检测血液瘤细胞系中ICOSL 的表达，结果发现FBL3、A20 和P388 细胞中均高表达ICOSL［21］，提示ICOSL 与血液相关肿瘤的密切关联。有研究指出，阻断ICOSL后，细胞因子IL-4 和IL-10 表达降低，减少肿瘤免疫反应，不利于激活T 细胞［22］。然而，相关研究较少甚至存在矛盾。尽管如此，ICOS 在加强肿瘤免疫中的作用应该值得肯定，例如ICOS 可在NK 细胞中被诱导［1］，黑素瘤细胞存活率与ICOS 的表达密切相关［23］。

4 展望

尽管ICOS/ICOSL 协同刺激信号参与多种临床疾病的病理生理过程，并且在这些方面积累了不少研究。然而，ICOS/ICOSL 对免疫细胞产生的确切作用机制值得继续深入研究。ICOSL 在抗原递呈和记忆T 细胞形成等方面均发挥一定作用，全面探索ICOS/ICOSL 协同刺激通路能够为将来靶向治疗自身免疫疾病和肿瘤提供理论基础和实验依据。

［1］Merrill JT.Co-stimulatory molecules as targets for treatment of lupus［J］.Clini Immunol，2013，148:369-375.

［2］Ramos RN，Moraes CJ，Zelante B，et al.What are the molecules involved in regulatory T-cells induction by dendritic cells in cancer?［J］.Clini Dev Immunol，2013:1-10.

［3］Podojil JR，Miller SD.Targeting the B7 family of co-stimulatory molecules:successes and challenges［J］.Bio Drugs，2013，27:1-13.

［4］Ahearne MJ，Willimott S，Piñon L，et al.Enhancement of CD154/IL4 proliferation by the T follicular helper (Tfh)cytokine，IL21 and increased numbers of circulating cells resembling Tfh cells in chronic lymphocytic leukaemia［J］.Br J Haematol，2013，162:360-70.

［5］Bauquet AT，Jin H，Paterson AM，et al.The costimulatory molecule ICOS regulates the expression of c-Maf and IL21 in the development of follicular T helper cells and TH17 cells［J］.Nat lmmunol，2009，10:167-175.

［6］Zhang X，Ing S，Fraser A，et al.Follicular helper T cells:new insights into mechanisms of autoimmune diseases［J］.Ochsner J，2013，13:131-139.

［7］Hu H，Wu X，Jin W，et al.Noncanonical NF-κB regulations inducible costimulator (ICOS)ligand expression and T follicular helper cell development［J］.PNAS，2011，8:12827-12832.

［8］Matsui Y，Okamoto H，Inobe M，et al.Adenovirus-mediated gene transfer of ICOSIg fusion protein ameliorates ongoing experimental autoimmune myocarditis［J］.Hum Gene Ther，2013，14:521-532.

［9］Liu X，Nurieva RI，Dong C.Transcriptional regulation of follicular T-helper (Tfh)cells［J］.Immunol Rev，2013，252:139-145.

［10］Larimore K，Liang L，Bakkour S，et al.B7h-expressing dendritic cells and plasma B cells mediate distinct outcomes of ICOS costimulation in T cell-dependent antibody responses［J］.BMC Immunol，2012，13:29-30.

［11］Galicia G，Karsran A，Uyttenhove C，et al.ICOS deficiency results in exacerbated IL17 mediated experimental autoimmune encephalomyelitis［J］.Clin Immunol，2009，29:426-433.

［12］Li J，Semple K，Sah WK，et al.Role of CD28，CTLA4 and ICOS costimulation in acute graftversus-host disease in mice［J］.Biol Blood Marrow Transplant，2011，17:962-969.

［13］Porichis F，Hart MG，Zupkosky J，et al.In vitro assay to evaluate the impact of immunoregulatory pathways on HIVspecific CD4 T cell effector function［J］.J Vis Exp，2013，doi:10.3791/50821.

［14］Zhao L，Feng XB，Wang YS，et al.Influence of anti-ICOS antibody on quantity and function of CD4(+ );CD25(+);Foxp3(+);Treg from lymph and blood of rats with bronchial asthma［J］.Xi Bao Yu Fen Zi Mian Yi Xue Za Zhi，2012，28:1029-1032.

［15］Ceeraz S，Hall C，Choy EH，et al.Defective CD8 +CD28+ regulatory T cell suppressor function in rheumatoid arthritis is restored by tumour necrosis factor inhibitor therapy［J］.Clin Exp Immunol，2013，174:18-26.

［16］Wang J，Shan Y，Jiang Z，et al.High frequencies of activated B cells and T follicular helper cells are correlated with disease activity in patients with new-onset rheumatoid arthritis［J］.Clin Exp Immunol，2013，174:212-220.

［17］Frey O，Meisel J，Hutloff A，et al.Inducible costimulator(ICOS)blockade inhibits accumulation of polyfunctional T helper 1/T helper 17 cells and mitigates autoimmune arthritis［J］.Ann Rhem Dis，2010，69:1495-1501.

［18］Xue H，Liang F，Liu N，et al.Transduction of the activity of a new DNA caccine targeted to B7-2/CD28 costimulatory signaling pathway in autoimmune arthritis［J］.Hum Gene Ther，2011，22:65-76.

［19］Ichinose K，Juang YT，Crispín JC，et al.Suppression of autoimmunity and organ pathology in lupus-prone mice upon inhibition of calcium/calmodulin-dependent protein kinase type IV［J］.Arthritis Rheum，2011，63:523-529.

［20］Odegard J，DiPlacido LD，Greenwals L，et al.ICOS controls effector function but not trafficking receptor expression of kidney-infiltrating effector T cells in murine lupus［J］Immunol，2009，182:4076-4084.

［21］Wang B，Ma N，Cheng H，et al.Effects of ICOSLG expressed in mouse hematological neoplasm cell lines in the GVL reaction［J］.Bone Marrow Transplant，2013，48:124-128.

［22］Wang B，Cheng H，Wang L，et al.Expression of ICOSLG on mouse hematologic neoplasm cell lines and their influence on cytotoxicity in allogeneic mixed lymphocyte reactions［J］.Leuk Lymphoma，2012，53:674-680.

［23］Simpson TR，Quezada SA，Allison JP.Regulation of CD4 T cell activation and effector function by inducible costimulator (ICOS)［J］.Curr Opin Immunol，2010，22:326-332.