前言

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

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

為了避免宿主組織受到傷害,這些細胞的命運是由一系列的檢查點決定的,這些檢查點調節(jié)T細胞介導的免疫的質量和程度,稱為耐受檢查點。        

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

靜止

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

許多參與T細胞靜止的分子效應器已經(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是轉化生長因子-β超家族的兩個效應因子,它們通過SMAD的下游信號傳遞,下調IL-2的產(chǎn)生和T細胞的活化。

靜止T細胞高表達DNA結合蛋白KLF2,使其成為T細胞靜止的標記物。KLF2部分通過抑制轉錄因子MYC和通過p21影響細胞周期進程,維持T細胞靜止。KLF2的表達是由轉錄因子FOXO1誘導和維持的,FOXO1在維持T細胞靜止方面具有公認的作用。

此外,抑制性檢查點受體VISTA的表達似乎對原始T細胞維持靜止狀態(tài)至關重要。研究表明,VISTA?T細胞表達的重要靜止效應分子水平降低,如KLF2、BTG1和BTG2。

忽視

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

控制忽視的機制可以包括內(nèi)在機制和外在機制。內(nèi)在機制包括TCR對抗原的親和力,其中TCR親和力太低而不能引起T細胞反應。外在機制可能包括由于低抗原密度而缺乏T細胞刺激和/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細胞的普遍耐受標志,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性T細胞,宿主組織和自身抗原的位置是決定因素。

無能

靜止、忽視和無能的機制都限制了幼稚T細胞對抗原的反應。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)在極低水平的結果,而無能是原始T細胞中“不平衡”TCR刺激的直接結果。

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

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細胞中,誘導轉錄因子NFAT1與AP-1一起誘導T細胞分化和效應器功能。相比之下,耐受性TCR激活導致RAS–MAPK信號缺陷,進而損害AP-1向細胞核的易位。在這種情況下,只有NFAT1活化的不平衡導致了幾個參與無能狀態(tài)蛋白基因的誘導表達,例如二酰甘油激酶-α(DGKα)和調節(jié)性泛素連接酶CBLB。

定義無能的標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)與生長停滯和細胞周期進程缺陷有關。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細胞緩慢恢復功能性反應,這表明維持無能需要長時間的抗原暴露。

耗竭

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

對Tex細胞表型的初步研究發(fā)現(xiàn),這些細胞表達多種抑制性受體,包括PD1、LAG3、TIGIT、CD38、CD39和TIM3。事實上,這些受體并不是Tex細胞獨有的特征,根據(jù)表面標志物區(qū)分Tex和無能T細胞是困難的,因為這兩種T細胞功能障礙狀態(tài)在幾種抑制性受體的表達上重疊。

無能和衰竭之間的關鍵區(qū)別在于,無能T細胞在T細胞激活和啟動后的早期出現(xiàn),而Tex細胞則是在效應器階段從激活的Teff細胞中產(chǎn)生。此外,誘導這些細胞階段的信號性質不同。無能是共刺激缺乏T細胞活化的產(chǎn)物,而衰竭是在適當?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細胞和Tex細胞都表達NFAT1作為耐受的重要驅動因子。然而,Tex細胞的典型基因表達譜似乎也由復雜的轉錄因子譜決定,該轉錄因子譜包括TCF7的表達減少和TOX、NR4A、BATF、IRF4、BLIMP1和其他轉錄因子的表達增加。

衰老

衰老被定義為當“細胞達到其復制潛能的末端或暴露于各種應激源”時誘導的生長和增殖停滯階段。對原代人類T細胞的研究表明,衰老T細胞是低增殖高分化T細胞,顯示表面標記CD45RA、KLRG1和CD57,但不表達共刺激受體CD27和CD28。

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

從進化的角度來看,衰老可能通過阻止DNA受損的T細胞過度增殖來防止T細胞淋巴瘤的發(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。

隨著人類預期壽命的增加,衰老耐受性檢查點很可能變得越來越重要,因為老年人對以前免疫過的感染的易感性增加。隨著年齡的增長,免疫力明顯降低,導致免疫力下降的一個主要因素是T細胞功能受損。因此,需要在多種環(huán)境下進行更多的體內(nèi)機制研究,以確定和闡明這種耐受性檢查點的相關性。

死亡

多個程序性細胞死亡檢查點存在于T細胞旅程的幾個階段。

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

第二個外周死亡檢查點發(fā)生在活化后的Teff細胞被重新刺激,導致活化誘導的細胞死亡(AICD)。這種細胞死亡機制是通過死亡受體(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的。這種外周缺失機制作為控制T細胞擴張的自我限制反饋過程,對于克隆收縮過程至關重要,其中抗原特異性Teff細胞在免疫應答終止期間最終被消除。

除細胞凋亡外,外周血T細胞耐受可能與多種T細胞死亡機制有關。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胞死亡)是通過ROS的積累引起的,ROS的積累導致膜脂過氧化和隨后的細胞死亡。

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

小結

T細胞耐受是由多種機制調節(jié)的,這些機制協(xié)調一致地實現(xiàn)了組成性和負反饋調節(jié)機制,并對病理性炎癥設置了強大的屏障。然而,關于這些機制在保護和免疫失調方面的相對貢獻,還有一些懸而未決的問題。

例如,還不清楚原始T細胞靜止的組成性調節(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、死亡與耗竭在誘導腫瘤T細胞耐受中的作用。另外,我們?nèi)匀徊恢�道諸如壞死性凋亡和鐵死亡等細胞死亡機制對T細胞命運和調節(jié)的潛在貢獻。

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

參考文獻:

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