前言
过去50年的研究表明,T淋巴细胞在发育起源、分化轨迹、迁移和驻留模式以及效应、细胞毒性和抑制活性等方面具有显著的多样性。在T细胞的发育和功能过程中发现了多重负调控,统称为“T细胞耐受”。
“中心耐受”描述了胸腺细胞分化过程中的选择机制,这些机制塑造了限制自身反应细胞存活的细胞库,而外周耐受是由多种机制维持的,这些机制抑制外周T细胞对自身抗原的反应。研究表明,胸腺去除自身反应性T细胞的效率仅为约60-70%,使得外周原始T细胞库含有大量低亲和力、自身反应性T细胞。这些T细胞构成了自身免疫反应的潜在风险。
为了避免宿主组织受到伤害,这些细胞的命运是由一系列的检查点决定的,这些检查点调节T细胞介导的免疫的质量和程度,称为耐受检查点。
在幼稚T细胞阶段,两个积极维持耐受性的内在检查点是静止和忽视。在缺乏共刺激T细胞活化的情况下,无能是T细胞的主要标志。当T细胞被成功地激活发挥效应时,耗竭和衰老可以限制过度的炎症并防止免疫病理。在T细胞旅程的每个阶段,细胞死亡都是一个限制克隆扩增和终止无限制反应的检查点。
静止
静止是一种外周耐受机制,可以限制幼稚T细胞对强烈信号的反应。静止也是一个活跃的过程,它将T细胞维持在细胞周期的G0期,维持较小的细胞大小,确保较低的细胞代谢,并阻止效应器功能的发展。静止在克隆选择中起着关键作用,确保结合特定抗原的大部分细胞受到抑制,并限制克隆向高亲和力克隆的扩展。
许多参与T细胞静止的分子效应器已经被鉴定出来,它们控制着一系列不同的生物途径。TGFβ-1和TOB1是转化生长因子-β超家族的两个效应因子,它们通过SMAD的下游信号传递,下调IL-2的产生和T细胞的活化。
静止T细胞高表达DNA结合蛋白KLF2,使其成为T细胞静止的标记物。KLF2部分通过抑制转录因子MYC和通过p21影响细胞周期进程,维持T细胞静止。KLF2的表达是由转录因子FOXO1诱导和维持的,FOXO1在维持T细胞静止方面具有公认的作用。
此外,抑制性检查点受体VISTA的表达似乎对原始T细胞维持静止状态至关重要。研究表明,VISTA?T细胞表达的重要静止效应分子水平降低,如KLF2、BTG1和BTG2。
忽视
忽视是在多个系统中观察到的幼稚T细胞阶段的另一个耐受性检查点,但其机制仍不清楚。简单地说,尽管存在特异性自身抗原,但自身反应性T细胞可能无法激活并引发自身免疫疾病。这些T细胞仍然处于一种幼稚的、有反应的状态。
控制忽视的机制可以包括内在机制和外在机制。内在机制包括TCR对抗原的亲和力,其中TCR亲和力太低而不能引起T细胞反应。外在机制可能包括由于低抗原密度而缺乏T细胞刺激和/或由于其解剖位置而限制抗原识别。
静止和忽视之间一个值得注意的区别是,静止是所有幼稚T细胞的普遍耐受标志,而不管其抗原特异性如何,而“忽视”是指避免激活特异性自身反应性T细胞,宿主组织和自身抗原的位置是决定因素。
无能
静止、忽视和无能的机制都限制了幼稚T细胞对抗原的反应。然而,静止是以一种对TCR刺激不可知的方式维持的,忽视是抗原被隐藏或呈现在极低水平的结果,而无能是原始T细胞中“不平衡”TCR刺激的直接结果。
无能是TCR参与后最接近的非缺失耐受机制,在功能上被定义为T细胞在强烈刺激条件下对再刺激的低反应性。在功能上,它是T细胞启动过程中的一个早期检查点,在T细胞效应器阶段开始之前防止潜在的T细胞致病性。
在分子水平上,无能是由共刺激缺陷(耐受性)TCR激活引起的。在正常的共刺激(例如CD28)接收TCR信号的T细胞中,诱导转录因子NFAT1与AP-1一起诱导T细胞分化和效应器功能。相比之下,耐受性TCR激活导致RAS–MAPK信号缺陷,进而损害AP-1向细胞核的易位。在这种情况下,只有NFAT1活化的不平衡导致了几个参与无能状态蛋白基因的诱导表达,例如二酰甘油激酶-α(DGKα)和调节性泛素连接酶CBLB。
定义无能的标志性功能改变包括在TCR刺激下IL-2、INF-γ和TNF水平的显著降低。这种获得性难治状态与生长停滞和细胞周期进程缺陷有关。尽管无能是持久的,但它是可逆的,体内研究表明,在缺乏抗原的情况下,无能T细胞缓慢恢复功能性反应,这表明维持无能需要长时间的抗原暴露。
耗竭
T细胞耗竭是T细胞效应器阶段主要的非缺失耐受机制。与功能完全启动的Teff细胞相比,Tex细胞在多个水平上对抗原的反应减少,但并非缺失。Tex细胞的特征包括(1)细胞因子产生减少,(2)持续高水平的抑制性受体表达,(3)表观遗传、代谢和转录状态发生改变,重要的是,(4)无法过渡到在记忆性T细胞中观察到的静止样细胞状态。
对Tex细胞表型的初步研究发现,这些细胞表达多种抑制性受体,包括PD1、LAG3、TIGIT、CD38、CD39和TIM3。事实上,这些受体并不是Tex细胞独有的特征,根据表面标志物区分Tex和无能T细胞是困难的,因为这两种T细胞功能障碍状态在几种抑制性受体的表达上重叠。
无能和衰竭之间的关键区别在于,无能T细胞在T细胞激活和启动后的早期出现,而Tex细胞则是在效应器阶段从激活的Teff细胞中产生。此外,诱导这些细胞阶段的信号性质不同。无能是共刺激缺乏T细胞活化的产物,而衰竭是在适当的共刺激信号存在下慢性TCR刺激引起的。
在分子水平上,无能T细胞和Tex细胞都表达NFAT1作为耐受的重要驱动因子。然而,Tex细胞的典型基因表达谱似乎也由复杂的转录因子谱决定,该转录因子谱包括TCF7的表达减少和TOX、NR4A、BATF、IRF4、BLIMP1和其他转录因子的表达增加。
衰老
衰老被定义为当“细胞达到其复制潜能的末端或暴露于各种应激源”时诱导的生长和增殖停滞阶段。对原代人类T细胞的研究表明,衰老T细胞是低增殖高分化T细胞,显示表面标记CD45RA、KLRG1和CD57,但不表达共刺激受体CD27和CD28。
与Tex细胞不同,衰老的T细胞在效应器功能方面不受损害,但获得与衰老相关的分泌表型,其特征是产生高水平的促炎和抑制性细胞因子。
从进化的角度来看,衰老可能通过阻止DNA受损的T细胞过度增殖来防止T细胞淋巴瘤的发生。另一个好处可能是在慢性自身免疫或感染期间局部控制过度炎症。
随着人类预期寿命的增加,衰老耐受性检查点很可能变得越来越重要,因为老年人对以前免疫过的感染的易感性增加。随着年龄的增长,免疫力明显降低,导致免疫力下降的一个主要因素是T细胞功能受损。因此,需要在多种环境下进行更多的体内机制研究,以确定和阐明这种耐受性检查点的相关性。
死亡
多个程序性细胞死亡检查点存在于T细胞旅程的几个阶段。
对原始T细胞的耐受原诱导的死亡分子机制研究表明,细胞死亡是通过内源性促凋亡家族成员BIM介导的,它不同于由FAS等死亡受体介导的外源性凋亡途径。小鼠T细胞在耐受和免疫条件下的高分辨转录谱显示了细胞凋亡前的独特分子特征:这包括Rankl(Tnfsf11)、Bim(Bcl2l11)和Nr4a家族成员Nr4a1、Nr4a2和Nr4a3等基因的上调,以及细胞因子受体IL-7Rα的下调,所有这些变化都可能导致T细胞死亡。
第二个外周死亡检查点发生在活化后的Teff细胞被重新刺激,导致活化诱导的细胞死亡(AICD)。这种细胞死亡机制是通过死亡受体(最常被描述的是FAS,但也包括TNFR1、TRAILR1和TRAILR2)的外源性凋亡途径诱导的。这种外周缺失机制作为控制T细胞扩张的自我限制反馈过程,对于克隆收缩过程至关重要,其中抗原特异性Teff细胞在免疫应答终止期间最终被消除。
除细胞凋亡外,外周血T细胞耐受可能与多种T细胞死亡机制有关。一个例子是坏死性凋亡(也称为“程序性坏死”,它是caspase非依赖性和激酶RIPK3依赖性的);铁死亡(一种依赖于铁的程序性细胞死亡)是通过ROS的积累引起的,ROS的积累导致膜脂过氧化和随后的细胞死亡。
尽管在T细胞生物学中存在着复杂的死亡通路多重网络,但是这种耐受检查点机制仍然是在T细胞活动的几乎每个阶段抑制T细胞扩张的最有效和最可靠的手段。它可以控制免疫反应的大小和时间,从而防止T细胞介导的免疫病理的发生。
小结
T细胞耐受是由多种机制调节的,这些机制协调一致地实现了组成性和负反馈调节机制,并对病理性炎症设置了强大的屏障。然而,关于这些机制在保护和免疫失调方面的相对贡献,还有一些悬而未决的问题。
例如,还不清楚原始T细胞静止的组成性调节因子是如何协同维持这种状态的,而且大多数相关因子的分子活动仍然是难以捉摸的。另一个不明确的方面是无能、死亡与耗竭在诱导肿瘤T细胞耐受中的作用。另外,我们仍然不知道诸如坏死性凋亡和铁死亡等细胞死亡机制对T细胞命运和调节的潜在贡献。
目前,我们已经到了这样一个阶段:免疫细胞的复杂表型使得细胞状态的分辨率达到前所未有的水平,包括同一模型系统中的多个T细胞耐受状态,具有精细的时间分辨率。这使我们有可能回答这样一个问题:在每种环境中,什么样的耐受机制占主导地位?什么样的调控者在发挥作用?
参考文献:
1．Rethinking peripheral T cell tolerance: checkpoints across a T cell's journey． Nat Rev Immunol． 2020 Oct 19
