1
仁域
CD40/CD40L靶点概述
1
CD40的分子结构:CD40是I型膜糖蛋白,基因位于染色体20q11-13,属于肿瘤坏死因子受体(TNFR)超家族的共刺激成员,需形成三聚体来实现最佳信号传导。在人类中,它有62个氨基酸的胞质尾、22个氨基酸的跨膜结构域和173个氨基酸的胞外结构域,胞外结构域含有4个半胱氨酸富集域(CRDs),可参与寡聚化和配体结合。存在膜结合型(mCD40)和可溶性(sCD40)两种形式。sCD40能够作为CD40的天然拮抗剂,通过干扰CD40/CD40L的相互作用发挥作用。
图1 CD40及其配体CD40L的结构域结构
2
CD40L的分子结构:CD40L是II型膜糖蛋白,又名CD154,位于X染色体Xq26.3,属于肿瘤坏死因子超家族(TNFSF)。在人类中,包含22个氨基酸的胞质尾、24个氨基酸的跨膜结构域和215个氨基酸的胞外结构域,胞外区有保守的TNF同源域,这一结构域使其能实现三聚化并与受体结合。同样存在膜结合型(mCD40L)和可溶性(sCD40L)两种形式,以非共价结合的同源三聚体发挥生物学活性。mCD40L可促进肿瘤消除,sCD40L则抑制免疫反应、阻碍细胞凋亡、促进肿瘤血管生成。此外,CD154还能与αIIbβ3、αMβ2、α5β1等多种整合素家族成员结合。
表1 CD40/CD40L的结构及分类
3
CD40/CD40L的相互作用:CD40/CD40L的结合位点位于CD40L三聚体的亚基间凹槽,结合界面存在电荷互补,对下游信号传导至关重要。
图2 CD40/CD40L检查点分子加工和相互作用
4
CD40/CD40L的氨基酸序列
Extracellular
Helical
Cytoplasmic
21-193
194-215
216-277
CD40:MVRLPLQCVLWGCLLTAVHPEPPTACREKQYLINSQCCSLCQPGQKLVSDCTEFTETECLPCGESEFLDTWNRETHCHQHKYCDPNLGLRVQQKGTSETDTICTCEEGWHCTSEACESCVLHRSCSPGFGVKQIATGVSDTICEPCPVGFFSNVSSAFEKCHPWTSCETKDLVVQQAGTNKTDVVCGPQDRLRALVVIPIIFGILFAILLVLVFIKKVAKKPTNKAPHPKQEPQEINFPDDLPGSNTAAPVQETLHGCQPVTQEDGKESRISVQERQ
Extracellular
Helical
Cytoplasmic
47-261
23-46
1-22
CD40L:MIETYNQTSPRSAATGLPISMKIFMYLLTVFLITQMIGSALFAVYLHRRLDKIEDERNLHEDFVFMKTIQRCNTGERSLSLLNCEEIKSQFEGFVKDIMLNKEETKKENSFEMQKGDQNPQIAAHVISEASSKTTSVLQWAEKGYYTMSNNLVTLENGKQLTVKRQGLYYIYAQVTFCSNREASSQAPFIASLCLKSPGRFERILLRAANTHSSAKPCGQQSIHLGGVFELQPGASVFVNVTDPSQVSHGTGFTSFGLLKL
2
仁域
CD40/CD40L的表达与调控
1
CD40的表达与调控:在免疫和非免疫细胞上均有表达,其表达受多种转录因子调控,在不同细胞中的表达各异,在B细胞和髓系细胞中CD40表达相对较高。“危险”信号(如病原体相关分子模式、损伤相关分子模式)及炎症细胞因子(如粒细胞/巨噬细胞集落刺激因子、白细胞介素-3和干扰素-γ等)等可提升mCD40的表达水平。
2
CD40L的表达与调控:CD40L在T细胞和血小板中表达较高。静息CD4⁺T细胞几乎检测不到mCD40L,而激活后的CD4⁺T细胞会高表达mCD40L,且其表达受多种机制严格调控。在血小板中,静息时无mCD40L表达,受到刺激后,mCD40L会快速且短暂地表达。此外,mCD40L在其他免疫细胞(如CD8⁺T细胞、肥大细胞、嗜碱性粒细胞等)以及条件先天免疫细胞(如内皮细胞、血管平滑肌细胞等)中也可诱导表达。
图3 原代人细胞中的 CD40 和 CD40L 表达谱
3
CD40/CD40L的细胞内信号传导:CD40信号主要经通过招募肿瘤坏死因子受体相关因子(TRAF)家族成员以细胞类型和刺激依赖性方式介导,不同TRAF成员与CD40结合,激活不同信号通路。这些信号通路包括NF-κB、MAPK、PI3K/AKT、JAK3/STAT等,进而调节细胞的增殖、分化、凋亡等过程。
图4 CD40/CD40L信号通路
3
仁域
CD40/CD40L相互作用的效应功能
1
对免疫细胞的作用:CD40在多种免疫细胞上表达,其激活对不同免疫细胞有不同影响。促进B细胞增殖、分化、产生抗体;激活髓系细胞,增强抗菌活性;促进树突细胞(DCs)的激活与成熟;调节T细胞分化、激活和记忆维持;促进血小板激活和聚集;促进巨噬细胞从M2型向M1型转化,分泌细胞因子;促进中性粒细胞的激活和脱颗粒。
图5 CD40刺激对肿瘤微环境中免疫细胞的影响
2
CD40/CD40L的病理功能
免疫调节作用:调节免疫反应和炎症,促进T细胞与B细胞相互作用,激活抗原呈递细胞,启动适应性免疫反应,影响肿瘤微环境和癌症进展。
炎症反应中的作用:诱导促炎细胞因子生成,激活内皮细胞,促进白细胞募集和炎症驱动的血管生成,还可激活细胞内信号通路,促进抗肿瘤免疫反应。
与肿瘤细胞的相互作用:激活抗原呈递细胞,增强肿瘤细胞MHC分子表达,促进免疫原性细胞死亡,增加肿瘤细胞对T细胞裂解的敏感性,调节肿瘤相关巨噬细胞表型,在不同癌症中发挥不同作用。此外,二者结合后可激活APC,促进生发中心形成、抗体类别转换等。
图6 CD40/CD40L相互作用的效应功能
3
对肿瘤细胞的两面性:CD40/CD40L相互作用在肿瘤细胞中的作用具有两面性。一方面,在B细胞恶性肿瘤(如非霍奇金淋巴瘤、慢性淋巴细胞白血病、多发性骨髓瘤)中,它可促进肿瘤细胞增殖、抑制凋亡,上调促炎细胞因子和共刺激分子,增强T细胞启动;另一方面,它也能诱导某些肿瘤细胞(如恶性B细胞、乳腺癌、肾细胞癌等)生长停滞和凋亡,这主要取决于肿瘤细胞类型和免疫微环境。
4
仁域
CD40/CD40L靶向治疗
图7 CD40/CD40L靶向治疗的策略和机制
1
激动剂疗法:主要用于肿瘤免疫治疗和疫苗佐剂。通过增强CD40/CD40L信号激活免疫细胞、诱导肿瘤细胞凋亡,已在多种恶性肿瘤早期临床试验中进行评估。在抗肿瘤治疗中疗效相对较低,完全缓解率为2%-20%,部分缓解率为4%-28.6%,且单药治疗效果不佳,存在剂量限制性副作用,如肝损伤、细胞因子释放综合征等。
表2 CD40激动剂治疗的临床试验
表3 CD40L激动剂治疗的临床试验
2
拮抗剂疗法:主要用于器官移植和自身免疫病治疗。阻断CD40/CD40L相互作用,抑制免疫细胞激活,用于治疗自身免疫性疾病和B细胞恶性肿瘤。在自身免疫性疾病治疗中,临床反应率为46%-75%,展现出一定的前景,阻断CD40/CD40L通路理论上可调节免疫反应,减少自身抗体产生和组织损伤。但在临床试验中,第一代药物出现了血栓栓塞或免疫抑制等严重副作用,第二代药物安全性有所提升。
表4 CD40拮抗剂治疗的临床试验
表5 CD40L拮抗剂治疗的临床试验
3
双特异性CD40抗体
①靶向肿瘤相关抗原(TAA)的双抗可增强疗效并实现安全给药。
②靶向CD47的双抗能阻断“别吃我”信号,增强抗肿瘤效果。
③靶向PD-L1的双抗因CD40结合导致的短半衰期,在维持PD-L1受体持续占位上存在挑战。
④靶向肿瘤基质蛋白的双抗可定向激活TME中的免疫细胞,但无法像TAA靶向双抗那样促进肿瘤特异性T细胞的交叉启动。
⑤靶向T细胞受体的双抗能重新激活肿瘤特异性T细胞,部分药物已进入临床试验阶段。
图8 基于第二个靶点性质的不同类别的双特异性CD40抗体
4
其他CD40靶向方式:CD40靶向疫苗可增强抗原呈递,激发T细胞反应,部分处于研发阶段;CD40靶向纳米颗粒能改善癌症疫苗递送和疗效;基于基因疗法的CD40刺激,使用不同病毒递送系统,在临床前和临床试验中均展现出一定潜力。
表6 基于CD40配体的新兴靶向疗法临床试验总结
5
联合治疗:目前CD40/CD40L靶向治疗临床效果有限,联合免疫刺激疗法可增强抗肿瘤反应。联合化疗可增加肿瘤抗原的可用性,联合ICI可增强肿瘤特异性T细胞的活性和功能,联合TLR激动剂可增强T细胞反应,还可与抗血管生成治疗等联合。在临床应用中,针对不同类型的肿瘤,如非炎症性肿瘤(如胰腺癌、结直肠癌)可联合化疗,炎症性肿瘤(如膀胱癌)可联合ICI,以提高治疗效果。
表7 CD40-CD40L 靶向治疗的临床疗效总结
5
仁域
CD40/CD40L与自身免疫性疾病
系统性红斑狼疮(SLE):SLE患者的CD40/CD40L表达均上调,血清中sCD40L水平也增加。在SLE的发病过程中,CD40L在Tfh细胞上表达,驱动生发中心内B细胞的异常活化和分化,产生大量自身抗体,可促进免疫细胞间的相互作用,增强炎症反应,引发组织损伤,与疾病的进展密切相关。此外,CD40L还可与整合素家族受体结合,促进炎症因子释放,增强血小板活化和聚集,影响SLE的发病和进展。阻断CD40/CD40L通路可降低抗双链DNA抗体滴度,改善疾病相关指标。
图9 CD40/CD40L在SLE发病机制中相互作用的模型
类风湿关节炎(RA):在RA患者中,CD40和CD40L的表达均上调,CD40L在T细胞上的过表达与疾病活动度相关,高水平表达往往伴随着更高的疾病活动和更少的缓解。CD40通路不仅参与了RA患者体内类风湿因子等自身抗体的产生,还直接影响滑膜成纤维细胞的功能。当滑膜成纤维细胞上的CD40与CD40L结合后,会促使细胞产生TNF、IL-1β和MMPs等炎症介质,进一步加剧炎症反应和关节破坏。
银屑病关节炎(PsA):PsA患者的CD40L表达增加。CD40/CD40L信号通路的异常激活,促进了免疫细胞的活化和炎症细胞因子的分泌,如IL-17、IL-23等,参与皮肤和关节的炎症反应,导致皮肤病变和关节损伤。在皮肤病变中,CD40/CD40L信号通路可能通过影响角质形成细胞的增殖和分化、炎症细胞的浸润,并参与银屑病的发病过程。在关节部位,CD40/CD40L信号通路还可促进滑膜细胞的炎症反应和骨侵蚀。
强直性脊柱炎(AS):在AS患者中,CD40/CD40L信号通路也参与了疾病的发生发展。CD40L在T细胞、单核细胞等免疫细胞上表达上调,与CD40结合后,激活下游信号通路,促进炎症细胞因子的分泌,可引起脊柱关节和骶髂关节的炎症反应,导致关节疼痛、僵硬和骨质破坏。此外,CD40/CD40L信号通路还可能影响成骨细胞和破骨细胞的功能,打破骨代谢平衡,导致新骨形成和骨赘形成,最终引起脊柱强直和关节畸形。
干燥综合征(Sjögren'ssyndrome):CD40/CD40L相互作用会诱导细胞表达黏附分子如ICAM-1,促进炎症细胞的浸润和组织损伤。在小鼠模型中,阻断CD40/CD40L通路可预防干燥综合征的发生发展,表明该通路在疾病进程中起着重要作用。
自身免疫性肾炎(如FSGS):在局灶节段性肾小球硬化(FSGS)中,正常情况下肾脏不表达CD40,但患者的肾小球足细胞会异常表达CD40,且可被CD40L进一步诱导。可能导致足细胞功能受损,如改变细胞的肌动蛋白细胞骨架,增加肾小球的通透性,进而引发蛋白尿和肾脏损伤。
炎症性肠病(IBD):包括克罗恩病(CD)和溃疡性结肠炎(UC)。在IBD患者中,CD40L和CD40在循环系统和肠道黏膜中均高表达。CD40/CD40L相互作用可诱导肠道微血管内皮细胞产生趋化因子和细胞因子,促进炎症细胞浸润,破坏肠道屏障功能,与疾病的病理生理过程直接相关。
自身免疫性皮肤疾病(如系统性硬化症SSc和SLE皮肤病变):在系统性硬化症中,皮肤成纤维细胞的CD40表达显著上调,与CD40L结合后,会促使成纤维细胞产生IL-6、IL-8等促炎细胞因子和趋化因子,还可诱导CD80表达,加剧炎症反应。同时,CD40L在血液T细胞和皮肤病变部位也高表达,sCD40L与疾病的血管并发症和自身抗体产生相关。在SLE皮肤病变中,也存在CD40/CD40L通路的异常激活。
1型糖尿病(T1D):人类胰腺导管细胞和胰岛β细胞均表达CD40,与CD40L结合后会产生促炎细胞因子,可能参与T1D的发病过程以及胰岛移植后的排斥反应。T1D患者体内sCD40L水平和血小板表面CD40L表达均显著升高,为CD40的激活提供了更多来源。
多发性硬化症(MS):MS患者血清中sCD40L水平与血脑屏障破坏的指标存在相关性,B细胞可通过CD40途径被激活,增强CD8+T细胞的颗粒酶B分泌。但也有研究表明MS患者血清中sCD40L水平降低,且CD40基因的一个等位基因及其mRNA表达降低与MS发病风险相关,说明该通路在MS中的作用较为复杂。
6
仁域
CD40/CD40L与神经系统疾病
创伤性脑损伤:CD40和CD40L在创伤部位的巨噬细胞和小胶质细胞上表达,血清sCD40L水平与TBI严重程度及30天死亡率正相关,降低CD40表达可减轻脑水肿。
阿尔茨海默病:CD40L刺激小胶质细胞干扰APP处理和tau磷酸化,导致神经纤维缠结和β-淀粉样斑块形成,其在淀粉样斑块周围的星形胶质细胞中有强烈免疫反应。
帕金森病:CD40刺激小胶质细胞和星形胶质细胞后,上调的诱导型一氧化氮合酶和环氧化酶-2可能导致多巴胺能神经元选择性丢失。
缺血性中风:CD40L在动脉粥样硬化相关细胞中表达,可降低斑块稳定性。在动物模型中,CD40和CD40L缺陷小鼠的梗死体积减小。
癫痫:在中风后癫痫患者中,血浆sCD40L水平和白细胞中CD40表达显著升高,下调CD40-CD40L可减轻动物模型的癫痫易感性和严重程度。
神经损伤:在脊髓损伤动物模型中,CD40+小胶质细胞增加,促进CD40L+T细胞浸润和细胞因子介导的损伤,还会通过多种机制导致神经性疼痛。
多发性硬化:患者的脱髓鞘斑块中,T细胞和小胶质细胞分别表达CD40L和CD40,相互作用后释放多种物质增加脱髓鞘,CD40表达的B细胞也参与其中,同时该信号与血脑屏障破坏有关。
肌萎缩侧索硬化:约56%患者血液中CD40信号上调,针对CD40L的单克隆抗体可延缓小鼠瘫痪并延长生存期。
重症肌无力:CD40L基因敲除小鼠对MG诱导完全抵抗,失调的CD40信号会破坏免疫耐受。
脑肿瘤:在胶质瘤中,CD40/CD40L的表达与预后相关,激动剂可增强肿瘤内T细胞反应,但也会导致肿瘤侵袭性、克隆性和耐药性增加,还会促进肿瘤血管生成。
图10 CD40/CD40L对神经病学的影响
7
仁域
CD40/CD40L与心血管疾病
动脉粥样硬化:CD40/CD40L广泛表达于动脉粥样硬化病变处的多种免疫和非免疫细胞上,促进炎症细胞因子分泌、细胞黏附分子表达以及细胞间的相互作用,影响脂质代谢和斑块稳定性;同时,CD40基因的单核苷酸多态性与动脉粥样硬化易感性相关,而可溶性CD40L对动脉粥样硬化的影响存在争议,整体上抑制CD40-CD40L系统虽可能预防动脉粥样硬化,但长期抑制会带来免疫抑制等问题。
图11 动脉粥样硬化中的CD40/CD40L相互作用
8
仁域
CD40/CD40L与恶性肿瘤
分析TCGA数据库发现,CD40在黑色素瘤、肾细胞癌和胰腺癌中均有表达,且与多种免疫相关基因存在相关性,这些基因涉及抗原呈递、T细胞功能等。
表8 CD40L对不同类型癌症的影响
抗体发现服务 & 产品
01
羊驼免疫&骆驼免疫—自建现代化养殖农场
02
万亿级天然抗体库产品—轻松DIY科研抗体
03
配套产品—助您轻松搭建基因工程抗体平台
关于仁域生物
成都仁域生物成立于2019年1月,是一家专注基因工程抗体技术和天然抗体库开发的公司,拥有优化的噬菌体展示抗体库技术和现代化的骆驼/羊驼养殖免疫基地。
可为客户提供14天、100%成功率的先导抗体分子发现服务,彻底解决传统抗体定制的周期长、失败率高、成本高三大难题。目前已经成功完成300+靶点抗体筛选项目!
protocol 获取 / 产品咨询
邮箱|find@renyubio.com
电话|19136178673
地址|成都市经开区科技产业孵化园
关注我们,持续更新相关内容
参考文献
Fatima T, Mirza A, Fatima F, Karamat RI, Ahmad B, Naeem S, Shahid I, Akilimali A. Frexalimab (SAR441344) as a potential multiautoimmune disorder tackling mAB targeting the CD40-CD40L pathway undergoing clinical trials: a review. Ann Med Surg (Lond). 2024 Nov 12;86(12):7305-7313.
Allard CC, Salti S, Mourad W, Hassan GS. Implications of CD154 and Its Receptors in the Pathogenesis and Treatment of Systemic Lupus Erythematosus. Cells. 2024 Sep 28;13(19):1621.
Pazoki A, Dadfar S, Shadab A, Haghmorad D, Oksenych V. Soluble CD40 Ligand as a Promising Biomarker in Cancer Diagnosis. Cells. 2024 Jul 28;13(15):1267.
Andersson H, Nyesiga B, Hermodsson T, Enell Smith K, Hägerbrand K, Lindstedt M, Ellmark P. Next-generation CD40 agonists for cancer immunotherapy. Expert Opin Biol Ther. 2024 May;24(5):351-363.
Tian S, Wang Y, Wan J, Yang M, Fu Z. Co-stimulators CD40-CD40L, a potential immune-therapy target for atherosclerosis: A review. Medicine (Baltimore). 2024 Apr 5;103(14):e37718.
Zhou Y, Richmond A, Yan C. Harnessing the potential of CD40 agonism in cancer therapy. Cytokine Growth Factor Rev. 2024 Feb;75:40-56.
Lang I, Zaitseva O, Wajant H. FcγRs and Their Relevance for the Activity of Anti-CD40 Antibodies. Int J Mol Sci. 2022 Oct 25;23(21):12869.
Strohm L, Ubbens H, Münzel T, Daiber A, Daub S. Role of CD40(L)-TRAF signaling in inflammation and resolution-a double-edged sword. Front Pharmacol. 2022 Oct 4;13:995061.
Ots HD, Tracz JA, Vinokuroff KE, Musto AE. CD40-CD40L in Neurological Disease. Int J Mol Sci. 2022 Apr 8;23(8):4115.
Bullock TNJ. CD40 stimulation as a molecular adjuvant for cancer vaccines and other immunotherapies. Cell Mol Immunol. 2022 Jan;19(1):14-22.
Bosmans LA, Bosch L, Kusters PJH, Lutgens E, Seijkens TTP. The CD40-CD40L Dyad as Immunotherapeutic Target in Cardiovascular Disease. J Cardiovasc Transl Res. 2021 Feb;14(1):13-22.
Enell Smith K, Deronic A, Hägerbrand K, Norlén P, Ellmark P. Rationale and clinical development of CD40 agonistic antibodies for cancer immunotherapy. Expert Opin Biol Ther. 2021 Dec;21(12):1635-1646.
Tang T, Cheng X, Truong B, Sun L, Yang X, Wang H. Molecular basis and therapeutic implications of CD40/CD40L immune checkpoint. Pharmacol Ther. 2021 Mar;219:107709.
Li DK, Wang W. Characteristics and clinical trial results of agonistic anti-CD40 antibodies in the treatment of malignancies. Oncol Lett. 2020 Nov;20(5):176.
Zhang S, Breidenbach JD, Russell BH, George J, Haller ST. CD40/CD40L Signaling as a Promising Therapeutic Target for the Treatment of Renal Disease. J Clin Med. 2020 Nov 13;9(11):3653.
Vonderheide RH. CD40 Agonist Antibodies in Cancer Immunotherapy. Annu Rev Med. 2020 Jan 27;71:47-58.
Lai JH, Luo SF, Ho LJ. Targeting the CD40-CD154 Signaling Pathway for Treatment of Autoimmune Arthritis. Cells. 2019 Aug 18;8(8):927.
Karnell JL, Rieder SA, Ettinger R, Kolbeck R. Targeting the CD40-CD40L pathway in autoimmune diseases: Humoral immunity and beyond. Adv Drug Deliv Rev. 2019 Feb 15;141:92-103.