前言

過去50年的研究表明,T淋巴細(xì)胞在發(fā)育起源、分化軌跡、遷移和駐留模式以及效應(yīng)、細(xì)胞毒性和抑制活性等方面具有顯著的多樣性。在T細(xì)胞的發(fā)育和功能過程中發(fā)現(xiàn)了多重負(fù)調(diào)控,統(tǒng)稱為“T細(xì)胞耐受”。

“中心耐受”描述了胸腺細(xì)胞分化過程中的選擇機(jī)制,這些機(jī)制塑造了限制自身反應(yīng)細(xì)胞存活的細(xì)胞庫,而外周耐受是由多種機(jī)制維持的,這些機(jī)制抑制外周T細(xì)胞對自身抗原的反應(yīng)。研究表明,胸腺去除自身反應(yīng)性T細(xì)胞的效率僅為約60-70%,使得外周原始T細(xì)胞庫含有大量低親和力、自身反應(yīng)性T細(xì)胞。這些T細(xì)胞構(gòu)成了自身免疫反應(yīng)的潛在風(fēng)險。

為了避免宿主組織受到傷害,這些細(xì)胞的命運(yùn)是由一系列的檢查點(diǎn)決定的,這些檢查點(diǎn)調(diào)節(jié)T細(xì)胞介導(dǎo)的免疫的質(zhì)量和程度,稱為耐受檢查點(diǎn)。        

在幼稚T細(xì)胞階段,兩個積極維持耐受性的內(nèi)在檢查點(diǎn)是靜止和忽視。在缺乏共刺激T細(xì)胞活化的情況下,無能是T細(xì)胞的主要標(biāo)志。當(dāng)T細(xì)胞被成功地激活發(fā)揮效應(yīng)時,耗竭和衰老可以限制過度的炎癥并防止免疫病理。在T細(xì)胞旅程的每個階段,細(xì)胞死亡都是一個限制克隆擴(kuò)增和終止無限制反應(yīng)的檢查點(diǎn)。

靜止

靜止是一種外周耐受機(jī)制,可以限制幼稚T細(xì)胞對強(qiáng)烈信號的反應(yīng)。靜止也是一個活躍的過程,它將T細(xì)胞維持在細(xì)胞周期的G0期,維持較小的細(xì)胞大小,確保較低的細(xì)胞代謝,并阻止效應(yīng)器功能的發(fā)展。靜止在克隆選擇中起著關(guān)鍵作用,確保結(jié)合特定抗原的大部分細(xì)胞受到抑制,并限制克隆向高親和力克隆的擴(kuò)展。

許多參與T細(xì)胞靜止的分子效應(yīng)器已經(jīng)被鑒定出來,它們控制著一系列不同的生物途徑。TGFβ-1和TOB1是轉(zhuǎn)化生長因子-β超家族的兩個效應(yīng)因子,它們通過SMAD的下游信號傳遞,下調(diào)IL-2的產(chǎn)生和T細(xì)胞的活化。

靜止T細(xì)胞高表達(dá)DNA結(jié)合蛋白KLF2,使其成為T細(xì)胞靜止的標(biāo)記物。KLF2部分通過抑制轉(zhuǎn)錄因子MYC和通過p21影響細(xì)胞周期進(jìn)程,維持T細(xì)胞靜止。KLF2的表達(dá)是由轉(zhuǎn)錄因子FOXO1誘導(dǎo)和維持的,FOXO1在維持T細(xì)胞靜止方面具有公認(rèn)的作用。

此外,抑制性檢查點(diǎn)受體VISTA的表達(dá)似乎對原始T細(xì)胞維持靜止?fàn)顟B(tài)至關(guān)重要。研究表明,VISTA?T細(xì)胞表達(dá)的重要靜止效應(yīng)分子水平降低,如KLF2、BTG1和BTG2。

忽視

忽視是在多個系統(tǒng)中觀察到的幼稚T細(xì)胞階段的另一個耐受性檢查點(diǎn),但其機(jī)制仍不清楚。簡單地說,盡管存在特異性自身抗原,但自身反應(yīng)性T細(xì)胞可能無法激活并引發(fā)自身免疫疾病。這些T細(xì)胞仍然處于一種幼稚的、有反應(yīng)的狀態(tài)。

控制忽視的機(jī)制可以包括內(nèi)在機(jī)制和外在機(jī)制。內(nèi)在機(jī)制包括TCR對抗原的親和力,其中TCR親和力太低而不能引起T細(xì)胞反應(yīng)。外在機(jī)制可能包括由于低抗原密度而缺乏T細(xì)胞刺激和/或由于其解剖位置而限制抗原識別。

靜止和忽視之間一個值得注意的區(qū)別是,靜止是所有幼稚T細(xì)胞的普遍耐受標(biāo)志,而不管其抗原特異性如何,而“忽視”是指避免激活特異性自身反應(yīng)性T細(xì)胞,宿主組織和自身抗原的位置是決定因素。

無能

靜止、忽視和無能的機(jī)制都限制了幼稚T細(xì)胞對抗原的反應(yīng)。然而,靜止是以一種對TCR刺激不可知的方式維持的,忽視是抗原被隱藏或呈現(xiàn)在極低水平的結(jié)果,而無能是原始T細(xì)胞中“不平衡”TCR刺激的直接結(jié)果。

無能是TCR參與后最接近的非缺失耐受機(jī)制,在功能上被定義為T細(xì)胞在強(qiáng)烈刺激條件下對再刺激的低反應(yīng)性。在功能上,它是T細(xì)胞啟動過程中的一個早期檢查點(diǎn),在T細(xì)胞效應(yīng)器階段開始之前防止?jié)撛诘腡細(xì)胞致病性。

在分子水平上,無能是由共刺激缺陷(耐受性)TCR激活引起的。在正常的共刺激(例如CD28)接收TCR信號的T細(xì)胞中,誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄因子NFAT1與AP-1一起誘導(dǎo)T細(xì)胞分化和效應(yīng)器功能。相比之下,耐受性TCR激活導(dǎo)致RAS–MAPK信號缺陷,進(jìn)而損害AP-1向細(xì)胞核的易位。在這種情況下,只有NFAT1活化的不平衡導(dǎo)致了幾個參與無能狀態(tài)蛋白基因的誘導(dǎo)表達(dá),例如二酰甘油激酶-α(DGKα)和調(diào)節(jié)性泛素連接酶CBLB。

定義無能的標(biāo)志性功能改變包括在TCR刺激下IL-2、INF-γ和TNF水平的顯著降低。這種獲得性難治狀態(tài)與生長停滯和細(xì)胞周期進(jìn)程缺陷有關(guān)。盡管無能是持久的,但它是可逆的,體內(nèi)研究表明,在缺乏抗原的情況下,無能T細(xì)胞緩慢恢復(fù)功能性反應(yīng),這表明維持無能需要長時間的抗原暴露。

耗竭

T細(xì)胞耗竭是T細(xì)胞效應(yīng)器階段主要的非缺失耐受機(jī)制。與功能完全啟動的Teff細(xì)胞相比,Tex細(xì)胞在多個水平上對抗原的反應(yīng)減少,但并非缺失。Tex細(xì)胞的特征包括(1)細(xì)胞因子產(chǎn)生減少,(2)持續(xù)高水平的抑制性受體表達(dá),(3)表觀遺傳、代謝和轉(zhuǎn)錄狀態(tài)發(fā)生改變,重要的是,(4)無法過渡到在記憶性T細(xì)胞中觀察到的靜止樣細(xì)胞狀態(tài)。

對Tex細(xì)胞表型的初步研究發(fā)現(xiàn),這些細(xì)胞表達(dá)多種抑制性受體,包括PD1、LAG3、TIGIT、CD38、CD39和TIM3。事實(shí)上,這些受體并不是Tex細(xì)胞獨(dú)有的特征,根據(jù)表面標(biāo)志物區(qū)分Tex和無能T細(xì)胞是困難的,因?yàn)檫@兩種T細(xì)胞功能障礙狀態(tài)在幾種抑制性受體的表達(dá)上重疊。

無能和衰竭之間的關(guān)鍵區(qū)別在于,無能T細(xì)胞在T細(xì)胞激活和啟動后的早期出現(xiàn),而Tex細(xì)胞則是在效應(yīng)器階段從激活的Teff細(xì)胞中產(chǎn)生。此外,誘導(dǎo)這些細(xì)胞階段的信號性質(zhì)不同。無能是共刺激缺乏T細(xì)胞活化的產(chǎn)物,而衰竭是在適當(dāng)?shù)墓泊碳ば盘柎嬖谙侣�性TCR刺激引起的。

在分子水平上,無能T細(xì)胞和Tex細(xì)胞都表達(dá)NFAT1作為耐受的重要驅(qū)動因子。然而,Tex細(xì)胞的典型基因表達(dá)譜似乎也由復(fù)雜的轉(zhuǎn)錄因子譜決定,該轉(zhuǎn)錄因子譜包括TCF7的表達(dá)減少和TOX、NR4A、BATF、IRF4、BLIMP1和其他轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)增加。

衰老

衰老被定義為當(dāng)“細(xì)胞達(dá)到其復(fù)制潛能的末端或暴露于各種應(yīng)激源”時誘導(dǎo)的生長和增殖停滯階段。對原代人類T細(xì)胞的研究表明,衰老T細(xì)胞是低增殖高分化T細(xì)胞,顯示表面標(biāo)記CD45RA、KLRG1和CD57,但不表達(dá)共刺激受體CD27和CD28。

與Tex細(xì)胞不同,衰老的T細(xì)胞在效應(yīng)器功能方面不受損害,但獲得與衰老相關(guān)的分泌表型,其特征是產(chǎn)生高水平的促炎和抑制性細(xì)胞因子。

從進(jìn)化的角度來看,衰老可能通過阻止DNA受損的T細(xì)胞過度增殖來防止T細(xì)胞淋巴瘤的發(fā)生。另一個好處可能是在慢性自身免疫或感染期間局部控制過度炎癥。

隨著人類預(yù)期壽命的增加,衰老耐受性檢查點(diǎn)很可能變得越來越重要,因?yàn)槔夏耆藢σ郧懊庖哌^的感染的易感性增加。隨著年齡的增長,免疫力明顯降低,導(dǎo)致免疫力下降的一個主要因素是T細(xì)胞功能受損。因此,需要在多種環(huán)境下進(jìn)行更多的體內(nèi)機(jī)制研究,以確定和闡明這種耐受性檢查點(diǎn)的相關(guān)性。

死亡

多個程序性細(xì)胞死亡檢查點(diǎn)存在于T細(xì)胞旅程的幾個階段。

對原始T細(xì)胞的耐受原誘導(dǎo)的死亡分子機(jī)制研究表明,細(xì)胞死亡是通過內(nèi)源性促凋亡家族成員BIM介導(dǎo)的,它不同于由FAS等死亡受體介導(dǎo)的外源性凋亡途徑。小鼠T細(xì)胞在耐受和免疫條件下的高分辨轉(zhuǎn)錄譜顯示了細(xì)胞凋亡前的獨(dú)特分子特征:這包括Rankl(Tnfsf11)、Bim(Bcl2l11)和Nr4a家族成員Nr4a1、Nr4a2和Nr4a3等基因的上調(diào),以及細(xì)胞因子受體IL-7Rα的下調(diào),所有這些變化都可能導(dǎo)致T細(xì)胞死亡。

第二個外周死亡檢查點(diǎn)發(fā)生在活化后的Teff細(xì)胞被重新刺激,導(dǎo)致活化誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡(AICD)。這種細(xì)胞死亡機(jī)制是通過死亡受體(最常被描述的是FAS,但也包括TNFR1、TRAILR1和TRAILR2)的外源性凋亡途徑誘導(dǎo)的。這種外周缺失機(jī)制作為控制T細(xì)胞擴(kuò)張的自我限制反饋過程,對于克隆收縮過程至關(guān)重要,其中抗原特異性Teff細(xì)胞在免疫應(yīng)答終止期間最終被消除。

除細(xì)胞凋亡外,外周血T細(xì)胞耐受可能與多種T細(xì)胞死亡機(jī)制有關(guān)。一個例子是壞死性凋亡(也稱為“程序性壞死”,它是caspase非依賴性和激酶RIPK3依賴性的);鐵死亡(一種依賴于鐵的程序性細(xì)胞死亡)是通過ROS的積累引起的,ROS的積累導(dǎo)致膜脂過氧化和隨后的細(xì)胞死亡。

盡管在T細(xì)胞生物學(xué)中存在著復(fù)雜的死亡通路多重網(wǎng)絡(luò),但是這種耐受檢查點(diǎn)機(jī)制仍然是在T細(xì)胞活動的幾乎每個階段抑制T細(xì)胞擴(kuò)張的最有效和最可靠的手段。它可以控制免疫反應(yīng)的大小和時間,從而防止T細(xì)胞介導(dǎo)的免疫病理的發(fā)生。

小結(jié)

T細(xì)胞耐受是由多種機(jī)制調(diào)節(jié)的,這些機(jī)制協(xié)調(diào)一致地實(shí)現(xiàn)了組成性和負(fù)反饋調(diào)節(jié)機(jī)制,并對病理性炎癥設(shè)置了強(qiáng)大的屏障。然而,關(guān)于這些機(jī)制在保護(hù)和免疫失調(diào)方面的相對貢獻(xiàn),還有一些懸而未決的問題。

例如,還不清楚原始T細(xì)胞靜止的組成性調(diào)節(jié)因子是如何協(xié)同維持這種狀態(tài)的,而且大多數(shù)相關(guān)因子的分子活動仍然是難以捉摸的。另一個不明確的方面是無能、死亡與耗竭在誘導(dǎo)腫瘤T細(xì)胞耐受中的作用。另外,我們?nèi)匀徊恢�道諸如壞死性凋亡和鐵死亡等細(xì)胞死亡機(jī)制對T細(xì)胞命運(yùn)和調(diào)節(jié)的潛在貢獻(xiàn)。

目前,我們已經(jīng)到了這樣一個階段:免疫細(xì)胞的復(fù)雜表型使得細(xì)胞狀態(tài)的分辨率達(dá)到前所未有的水平,包括同一模型系統(tǒng)中的多個T細(xì)胞耐受狀態(tài),具有精細(xì)的時間分辨率。這使我們有可能回答這樣一個問題:在每種環(huán)境中,什么樣的耐受機(jī)制占主導(dǎo)地位?什么樣的調(diào)控者在發(fā)揮作用?

參考文獻(xiàn):

1．Rethinking peripheral T cell tolerance: checkpoints across a T cell's journey． Nat Rev Immunol． 2020 Oct 19