林凱龍 朱 波(重慶第三軍醫(yī)大學(xué)新橋醫(yī)院全軍腫瘤研究所，重慶400037)

T細胞衰竭及其分化調(diào)控機制

林凱龍 朱 波(重慶第三軍醫(yī)大學(xué)新橋醫(yī)院全軍腫瘤研究所，重慶400037)

免疫系統(tǒng)是人體抵御外界病原體侵犯以及監(jiān)控自身細胞變異的有力武器，其中T細胞主要介導(dǎo)細胞免疫，能通過分泌多種細胞毒性因子以及直接接觸靶細胞有效殺滅病原體以及自身變異細胞。

T細胞和其它炎癥細胞以及細胞外基質(zhì)成分共同構(gòu)成了炎癥的微環(huán)境，參與感染、腫瘤等機體特殊狀態(tài)下內(nèi)環(huán)境的調(diào)節(jié)。但是在不同的炎癥環(huán)境下，T細胞發(fā)揮的功能存在很大差異。在急性炎癥時，抗原特異性T細胞能被誘導(dǎo)活化，產(chǎn)生免疫應(yīng)答，消除感染，之后，這些活化的效應(yīng)T細胞大部分發(fā)生凋亡，而少部分則能分化成記憶細胞并在再次感染時重新激活參與免疫反應(yīng)。在慢性炎癥時，T細胞的功能卻是處在被抑制的狀態(tài)。起初T細胞尚能被激活，但隨著炎癥的持續(xù)，T細胞逐漸失去功能，最后不能分化為記憶細胞而發(fā)生凋亡。于是，研究者把慢性炎癥狀態(tài)下抗原特異性T細胞這種功能的逐步喪失以及凋亡過程稱為T細胞衰竭，它最初是依據(jù)慢性淋巴細胞性脈絡(luò)叢腦膜炎病毒感染的小鼠模型發(fā)現(xiàn)的［1］，之后在其它慢性病毒感染以及腫瘤模型中，也發(fā)現(xiàn)了類似的現(xiàn)象。隨后研究表明，T細胞衰竭的發(fā)生發(fā)展受到多種因素共同影響。本綜述主要就T細胞衰竭的特征及其分化調(diào)控機制的研究進展做一介紹。

1 衰竭T細胞的特性

T細胞發(fā)生衰竭之后，表現(xiàn)為表型的變化和功能的喪失，并且這種改變是由輕到重逐漸進展的。

在表型上，衰竭T細胞表現(xiàn)為一種不同于正常效應(yīng)T細胞和記憶T細胞的特殊分化狀態(tài)。

首先，衰竭T細胞高表達抑制性受體，如PD-1、Tim-3、LAG-3、CTLA-4等［2］，其中PD-1被認為是衰竭T細胞的標(biāo)志分子［3］。這些受體在正常效應(yīng)T細胞表面也有短暫表達，起到限制免疫反應(yīng)過度激活的作用，并和共刺激分子如CD28等共同調(diào)控免疫應(yīng)答的強度和時間，既能及時控制感染又不致于損傷自身組織。而在T細胞衰竭時，這些受體表達異常增高，反而抑制了T細胞的功能。其次，衰竭T細胞缺乏效應(yīng)T細胞和記憶T細胞的一些必需表面分子，從而也喪失了部分相應(yīng)的功能［4］。例如，衰竭T細胞低表達記憶細胞標(biāo)志物CD127(IL-7受體)并失去對IL-7的有效應(yīng)答，從而無法通過增殖而長期存活［5］。

在功能上，T細胞發(fā)生衰竭之后，會隨炎癥的持續(xù)逐步喪失原有的免疫效應(yīng)功能。例如在慢性病毒感染時，衰竭初期的CD8+效應(yīng)T細胞先失去產(chǎn)生IL-2、體外殺傷以及高度增殖能力，到了衰竭中晚期之后，其分泌IFN-、趨化因子甚至脫顆粒的能力也隨之消失，最終，衰竭T細胞將走向凋亡［6］。這種T細胞衰竭過程區(qū)別于傳統(tǒng)意義上的T細胞失能，后者是病原體初次感染就由于共刺激信號缺失而表現(xiàn)出T細胞的反應(yīng)性降低或無應(yīng)答［7］。Wherry等［8］進一步發(fā)現(xiàn)衰竭T細胞和失能T細胞在基因表達譜上也存在差異，一些T細胞失能時顯著高表達的基因在衰竭T細胞總卻未見上調(diào)表達的趨勢。近年來，有文獻把衰竭T細胞和衰老T細胞也區(qū)分開來，并說明這兩者無論從表面標(biāo)志物表達還是胞內(nèi)信號通路的分子調(diào)控機制都是截然不同的［9］。盡管T細胞分化過程中存在諸多特殊的功能狀態(tài)，但由于缺少特異性標(biāo)志，因此目前仍無法妥善而全面地闡述其間的相互關(guān)系和分辨手段。

在腫瘤組織中，研究者發(fā)現(xiàn)部分T細胞同樣具有這種衰竭特性。因此，T細胞衰竭在炎癥和腫瘤環(huán)境下的影響因素及調(diào)控機制將成為越來越有價值的研究方向。

2 影響T細胞衰竭的因素及其調(diào)控機制

在慢性炎癥環(huán)境中，T細胞衰竭受到內(nèi)源性和外源性因素的共同影響和調(diào)控，包括衰竭T細胞本身表達的一些轉(zhuǎn)錄因子和抑制性受體、抗原的持續(xù)刺激以及多種炎癥細胞和生物活性物質(zhì)的作用。

2.1 內(nèi)源性因素

2.1.1 抑制性受體表達增高抑制性受體被認為是反映T細胞衰竭狀態(tài)的標(biāo)志，并且其表達的數(shù)量及類型也與T細胞衰竭的程度密切相關(guān)。研究表明與急性病毒感染相比，慢性病毒感染時T細胞表達抑制性受體的數(shù)量及種類都明顯增高并且和感染時間成正比，而抑制性受體共表達程度增加又直接預(yù)示感染程度加劇、T細胞功能受抑以及其偏離向正常效應(yīng)和記憶細胞分化［8，10］，這也提示多種抑制性受體很可能協(xié)同作用，共同調(diào)控T細胞衰竭的發(fā)生發(fā)展。隨著研究的深入，人們發(fā)現(xiàn)抑制性受體的這種協(xié)同表達比單獨作用的效果更顯著，在結(jié)腸癌或黑素瘤細胞接種小鼠中就發(fā)現(xiàn)腫瘤浸潤的CD8+淋巴細胞(TIL)大部分是抑制性受體PD-1和Tim-3雙陽性，并且其殺傷腫瘤的活性比同種雙陰性或單陽性細胞明顯降低，同時阻斷這兩種受體比單獨阻斷一種受體更能抑制腫瘤的生長［3，11］。

目前大多數(shù)研究支證明受體與配體結(jié)合后通過激活或抑制下游的信號通路，最終降低T細胞效應(yīng)功能相關(guān)基因表達。Wang等［12］證實在T細胞轉(zhuǎn)染了PD-1之后，其TCR介導(dǎo)的早期鈣離子和ERK應(yīng)答通路被明顯抑制;Sakuishi等［13］則提出Tim3和配體Gal-9結(jié)合后，可能促進衰竭T細胞凋亡。此外，也有研究者發(fā)現(xiàn)某些抑制性受體如LAG-3單獨表達不影響T細胞激活和增殖［14］，而和PD-1共表達之后則明顯抑制了T細胞功能并且強于PD-1單獨表達的效果［15］。因此，盡管越來越多抑制性受體的調(diào)控機制被發(fā)現(xiàn)，其臨床效果以及各受體通路之間的相互影響仍有待進一步明確。

2.1.2 轉(zhuǎn)錄因子譜改變近幾年隨著研究方法的深入和完善，衰竭T細胞的轉(zhuǎn)錄因子譜也越來越受到人們的關(guān)注。但困難的是，調(diào)控T細胞衰竭的轉(zhuǎn)錄因子同抑制性受體一樣，都是協(xié)同作用，系統(tǒng)性地調(diào)節(jié)T細胞的分化和功能，同時，其表達及調(diào)控機制還具有更復(fù)雜的特性。

首先，不同轉(zhuǎn)錄因子的表達趨勢具有差異性。Wherry等［8］通過微陣列分析比較了衰竭、效應(yīng)及記憶CD8+T細胞的基因表達譜，發(fā)現(xiàn)衰竭T細胞具有多種轉(zhuǎn)錄因子表達差異而且既有上調(diào)也有下調(diào)表達。隨著各種衰竭相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子的表達趨勢及其功能逐個被揭示，人們又發(fā)現(xiàn)T細胞衰竭是由多種轉(zhuǎn)錄因子的變化共同決定，而每種因子的改變都發(fā)揮了一定的作用。例如衰竭T細胞低表達T-bet和Eomes從而喪失分泌細胞殺傷因子以及持續(xù)表達活化標(biāo)記CD44的功能［16，17］，而其高表達BATF則可抑制T細胞活化相關(guān)基因AP-1的表達［18］。

其次，部分轉(zhuǎn)錄因子依據(jù)表達量多少而表現(xiàn)不同的作用。例如抑制性轉(zhuǎn)錄因子Blimp-1，其少量表達能促進記憶T細胞形成，而中等表達量則促進T細胞向效應(yīng)細胞分化，但若表達量過高反而使T細胞高表達多種抑制性受體并逐漸走向衰竭［19，20］。

盡管目前對于轉(zhuǎn)錄因子調(diào)節(jié)機制的研究尚處于探索階段，但不可否認的是轉(zhuǎn)錄因子譜的改變能在基因表達層面上對T細胞衰竭的機制作更加深入的詮釋，同時也從另一角度說明衰竭T細胞是不同于效應(yīng)和記憶T細胞的分化狀態(tài)。

2.2 外源性因素

2.2.1 持續(xù)的抗原刺激持續(xù)的病原體抗原存在是引起慢性炎癥的原因之一。抗原在炎癥初始期能夠通過APC提呈給T細胞并誘導(dǎo)其活化，從而產(chǎn)生有效免疫應(yīng)答，然而隨著炎癥發(fā)展到慢性階段，抗原對T細胞的持續(xù)作用反而會導(dǎo)致相反的結(jié)果。早年就有文獻報道病毒的高度持續(xù)感染和T細胞應(yīng)答能力成負向相關(guān)，但是其和T細胞衰竭之間的因果關(guān)系尚不明確。后來，Mueller等［21］證明持久的病毒抗原提呈是引起T細胞衰竭的直接原因，但是關(guān)于其機制的研究仍處于多方探索階段，例如Kao等［22］發(fā)現(xiàn)持續(xù)抗原刺激可通過下調(diào)CD8+T細胞的轉(zhuǎn)錄因子T-bet，并影響下游基因表達使其自身發(fā)生衰竭;Bengsch等［23］則證明CD8+T細胞低表達CD127和高表達抑制性受體與病毒抗原的持續(xù)識別相關(guān)。除了直接刺激之外，病原體抗原以及腫瘤抗原的持續(xù)存在對參與炎癥的細胞功能和基質(zhì)成分也會產(chǎn)生顯著影響，從而改變了T細胞所處的整個微環(huán)境，這屬于間接作用。

2.2.2 炎癥細胞在慢性炎癥和腫瘤微環(huán)境中除T細胞外還存在多種炎癥細胞，其大多數(shù)都具有免疫抑制作用并在T細胞衰竭進程中扮演了重要角色。

髓源性抑制細胞(Myeloid-derived suppressor cells，MDSC)是一類來源于骨髓的由未成熟粒細胞、單核細胞、樹突狀細胞等組成的異質(zhì)細胞群，大部分都表達CD11b和Gr-1標(biāo)志分子并且在有感染、創(chuàng)傷或腫瘤時發(fā)揮炎癥和免疫調(diào)節(jié)作用［24］。研究表明，在腫瘤分泌的炎癥因子和細胞因子(如GMCSF、IL-6、前列腺素等)介導(dǎo)下，MDSC能夠在骨髓內(nèi)分化、增殖并遷移至腫瘤發(fā)生部位，通過抑制CD4+和CD8+T細胞的功能促進腫瘤的生長［24，25］。具體機制包括:MDSC能產(chǎn)生精氨酸酶、一氧化氮、活性氧成分以及抑制性細胞因子如IL-10和TGF-β來抑制T細胞的激活和應(yīng)答［26-28］;MDSC在IL-10和IFN-γ的刺激下能夠高表達PD-1配體并通過和CD8+T細胞表面的PD-1結(jié)合啟動下游信號通路，促使T細胞凋亡和被吞噬［29］;MDSC通過影響T細胞的氨基酸代謝來降低T細胞活性［28］;(4)促進免疫抑制性細胞Treg產(chǎn)生［28］。作為一類未成熟的特殊炎癥細胞，已發(fā)現(xiàn)多種MDSC的作用和T細胞衰竭有密切的聯(lián)系［29，30］。同時，有研究報道MDSC在某些情況下還具有免疫激活作用［28］，這可能與其異質(zhì)性相關(guān)。因此，MDSC可能在腫瘤免疫中發(fā)揮雙向調(diào)控作用。

其它腫瘤相關(guān)的炎癥細胞包括Tie2單核細胞(Tie2-expressing monocytes，TEM)、腫瘤相關(guān)巨噬細胞(Tumor-associated macrophages，TAM)、腫瘤相關(guān)樹突狀細胞(Tumor-associateddendriticcells，TADC)等，都具有MDSC類似的免疫抑制和促腫瘤作用，并且部分是從MDSC分化而來［24］。這些炎癥細胞同腫瘤細胞以及各種淋巴細胞間存在多種細胞因子交流［31］，如同一個細胞調(diào)控網(wǎng)絡(luò)來影響腫瘤微環(huán)境下的免疫應(yīng)答。隨著研究的進展，免疫抑制性炎癥細胞在慢性炎癥中對T細胞衰竭的調(diào)控機制也會逐步明確。

3 抑制和逆轉(zhuǎn)T細胞衰竭的治療策略

盡管T細胞衰竭很大程度上抑制了T細胞的功能，但其并非不可逆過程。目前，有文獻報道了可能抑制甚至逆轉(zhuǎn)T細胞衰竭進程的方法和策略，而且針對不同的調(diào)控因素提供了相應(yīng)的治療方向。例如，對于抑制性受體使用相應(yīng)的阻斷性抗體中止下游信號通路的啟動;對于炎癥細胞通過限制局部聚集、減少相對數(shù)量、促進終末分化、阻斷胞內(nèi)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路以及下調(diào)環(huán)境中分泌的細胞因子水平來控制其對T細胞功能的影響等［3，32］。這些方法可能使機體重獲有效的免疫力來抵抗病原體和腫瘤的侵犯，但其臨床效果以及運用時機有待進一步驗證和完善。

4 討論

機體免疫功能的缺失已經(jīng)成為慢性炎癥以及腫瘤威脅人們健康與生存的主要原因之一，越來越多的研究發(fā)現(xiàn)T細胞功能的衰竭是其中一個重要環(huán)節(jié)。影響T細胞衰竭的因素包括抑制性受體、轉(zhuǎn)錄因子、抗原刺激以及炎癥細胞等，其涵蓋了外源性和內(nèi)源性兩種途徑的調(diào)控。但是上述影響因素并非能夠完全揭示T細胞衰竭發(fā)生發(fā)展的所有機制，更多新進展也相繼被提出并使其繼續(xù)完善，例如抗原提呈細胞和CD4+輔助T細胞功能的改變及缺失，調(diào)節(jié)性T細胞(Treg)作用，細胞因子分泌失衡等也都參與了T細胞衰竭的進程［30，33，34］。特別值得注意的是，這些影響因素并非孤立地發(fā)揮作用，它們之間存在多種聯(lián)系并系統(tǒng)地有序地調(diào)控T細胞衰竭的進程。例如抑制性受體Tim-3不僅能直接促進T細胞衰竭，還能通過誘導(dǎo)MDSC的擴增間接抑制T細胞功能［35］。

T細胞衰竭是T細胞在慢性炎癥及腫瘤微環(huán)境中的一種復(fù)雜轉(zhuǎn)變和分化過程，如能明確其分化調(diào)控機制并針對各項因素進行干預(yù)，將會為臨床相關(guān)疾病的治療提供新的方法和手段。

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［收稿2011-12-05 修回2012-03-03］

(編輯 張曉舟)

R392．1

A

1000-484X(2012)09-0858-04

10.3969/j.issn.1000-484X.2012.09.023

林凱龍(1988年－)，男，在讀博士，主要從事腫瘤免疫學(xué)研究，E-mail:kaydrizzt@hotmail.com;

指導(dǎo)教師:朱波(1974年－)，男，博士后，博士生導(dǎo)師，主要從事腫瘤免疫學(xué)研究。