前言

T細(xì)胞的耗竭最初是在小鼠慢性淋巴細(xì)胞性脈絡(luò)膜腦膜炎病毒（LCMV）感染的背景下發(fā)現(xiàn)的，研究表明這些細(xì)胞存在功能失調(diào)。效應(yīng)T細(xì)胞如何發(fā)生功能失調(diào)的過程多年來一直是人們研究的熱點(diǎn)。得益于研究技術(shù)領(lǐng)域的進(jìn)步，現(xiàn)在已知耗竭的T細(xì)胞包括不同于效應(yīng)或記憶T細(xì)胞的特定譜系的不同免疫細(xì)胞類型，并在癌癥、自身免疫和慢性感染中發(fā)揮核心作用。

從最簡(jiǎn)單的意義上講，T細(xì)胞耗竭是指T細(xì)胞的功能失調(diào)狀態(tài)，其特征是對(duì)感染細(xì)胞或腫瘤的反應(yīng)能力受損。在慢性感染狀態(tài)下，入侵病原體的持續(xù)存在會(huì)導(dǎo)致抗原刺激延長(zhǎng)，導(dǎo)致T細(xì)胞功能障礙。在腫瘤環(huán)境中，T細(xì)胞由于慢性抗原暴露而耗竭，導(dǎo)致效應(yīng)器功能降低。因此，CD8+細(xì)胞可以滲透到腫瘤微環(huán)境（TME）中，但隨后無法產(chǎn)生有效的抗腫瘤反應(yīng)，從而使腫瘤繼續(xù)生長(zhǎng)。T細(xì)胞的耗竭狀態(tài)是由一個(gè)獨(dú)特的轉(zhuǎn)錄程序驅(qū)動(dòng)的，該程序產(chǎn)生特定的表型狀態(tài)，使耗竭T細(xì)胞具有獨(dú)特的特征，包括不同的轉(zhuǎn)錄因子活性、抑制性受體的表達(dá)、效應(yīng)器功能、代謝狀態(tài)和表觀遺傳學(xué)狀態(tài)。

耗竭T細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄組學(xué)特征

耗竭T細(xì)胞具有與記憶或效應(yīng)CD8+T細(xì)胞不同的轉(zhuǎn)錄譜，不僅在轉(zhuǎn)錄因子（TF）的差異表達(dá)方面，而且表達(dá)的轉(zhuǎn)錄因子反過來調(diào)節(jié)潛在的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。使用轉(zhuǎn)錄因子表達(dá)譜是定義耗竭狀態(tài)的常用方法，包括TOX、NR4A、T-bet、EOMES、NFAT和其他NFAT驅(qū)動(dòng)和TCR響應(yīng)的轉(zhuǎn)錄因子（如IRF4和BATF）。

T細(xì)胞表達(dá)四種NFAT蛋白中的三種：NFAT1、NFAT2和NFAT4，NFAT轉(zhuǎn)錄因子的功能取決于T細(xì)胞的分化狀態(tài)。在激活的環(huán)境中，NFAT蛋白與激活蛋白1（AP1）轉(zhuǎn)錄因子協(xié)同工作，形成異二聚體，促進(jìn)許多細(xì)胞因子基因的反式激活。在慢性感染的情況下，NFAT和AP-1的表達(dá)平衡向高NFAT表達(dá)轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致NFAT同源二聚體的形成。NFAT同源二聚體與許多編碼抑制性受體的基因啟動(dòng)子區(qū)結(jié)合，如PDCD1、LAG-3和HAVCR2。除NFAT外，其他轉(zhuǎn)錄因子，如IRF4、BATF和NR4A1，在TCR信號(hào)傳導(dǎo)下游發(fā)揮作用，也有助于耗竭狀態(tài)的形成。

與耗竭細(xì)胞相比，轉(zhuǎn)錄因子如T-bet和EOMES在效應(yīng)細(xì)胞和記憶細(xì)胞中具有非常不同的作用。T-bet驅(qū)動(dòng)效應(yīng)細(xì)胞中IFN-γ等效應(yīng)分子的表達(dá)，而EOMES對(duì)記憶形成很重要。在慢性感染中，病毒特異性CD8+T細(xì)胞中T-bet的表達(dá)減少，其減少水平與T細(xì)胞效應(yīng)功能障礙的程度相關(guān)。另一方面，EOMES的表達(dá)在慢性感染期間耗竭的CD8+T細(xì)胞中上調(diào)。

另一個(gè)在T細(xì)胞耗竭中起關(guān)鍵作用的轉(zhuǎn)錄因子是TCF-1，由TCF7編碼。TCF-1與記憶性CD8+細(xì)胞的產(chǎn)生和維持有關(guān)。在慢性感染早期，TCF-1介導(dǎo)效應(yīng)T細(xì)胞與耗竭CD8+T細(xì)胞譜系的分離。此外，在耗竭細(xì)胞中，TCF7還可能協(xié)調(diào)涉及EOMES、c-Myb和Bcl-2的轉(zhuǎn)錄網(wǎng)絡(luò)，這些轉(zhuǎn)錄網(wǎng)絡(luò)已知可以增強(qiáng)耗竭和持久性。

胸腺細(xì)胞選擇相關(guān)HMG-Box（TOX）轉(zhuǎn)錄因子是與耗竭有關(guān)的最新發(fā)現(xiàn)的轉(zhuǎn)錄因子之一。研究表明，TOX可能是驅(qū)動(dòng)耗竭表型的主要調(diào)節(jié)因子，其特征是在慢性感染或腫瘤環(huán)境中，抑制性受體上調(diào)、細(xì)胞因子產(chǎn)生減少和表觀遺傳學(xué)重塑。此外，TOX促進(jìn)通常與耗竭相關(guān)的基因的表達(dá)，包括抑制性受體如PD-1、TIM-3和LAG-3以及轉(zhuǎn)錄因子EOMES、TCF-1和CD38的表達(dá)。

抑制性受體的持續(xù)表達(dá)

包括PD-1、CTLA-4和TIM-3等在內(nèi)的抑制性受體是T細(xì)胞耗竭的關(guān)鍵定義之一。PD-1是耗竭研究最多的分子，正常情況下的T細(xì)胞中，PD-1的表達(dá)隨著TCR刺激而增加。然而，在耗竭的情況下，存在組成性的PD-1表達(dá)，抑制CD8+T細(xì)胞功能。除了PD-1，在病毒的慢性感染中，動(dòng)物和人類的抗原特異性CD8+T細(xì)胞都會(huì)共同表達(dá)其他抑制性受體，包括LAG-3、CD244（2B4）、CD160、TIM-3和CTLA-4，感染的嚴(yán)重程度與每個(gè)細(xì)胞表達(dá)的不同抑制性受體的水平和數(shù)量相關(guān)。

抑制性受體在耗竭T細(xì)胞中的功能尚不清楚。這些受體不僅存在于耗竭的細(xì)胞上，在典型的T細(xì)胞激活過程中，各種受體也發(fā)揮著不同的生理作用。在急性T細(xì)胞激活的模型中，包括PD-1和CTLA-4在內(nèi)的抑制性受體被上調(diào)，以抵消通過TCR和共刺激受體的刺激，防止過度反應(yīng)。PD-1在LCMV感染的小鼠中形成耗竭并不是必需的，但它的缺失會(huì)產(chǎn)生更嚴(yán)重的耗竭。這表明即使在耗竭的細(xì)胞中，PD-1可能仍在發(fā)揮其防止細(xì)胞過度刺激的典型作用�；蛘�，抑制性受體的表達(dá)只能反映潛在的轉(zhuǎn)錄和表觀遺傳學(xué)變化，而沒有耗竭的特異性功能。最終，抑制性受體在耗竭T細(xì)胞中的作用顯然需要更多的研究，以確定耗竭細(xì)胞上表達(dá)的抑制性受體是功能性的還是僅僅是潛在轉(zhuǎn)錄變化的副產(chǎn)物。

效應(yīng)器功能喪失

早期的研究主要將耗竭細(xì)胞定義為細(xì)胞無法產(chǎn)生效應(yīng)分子。然而事實(shí)上，耗竭的T細(xì)胞不應(yīng)被視為缺乏效應(yīng)器功能的細(xì)胞，它們可以產(chǎn)生炎性細(xì)胞因子和顆粒酶，對(duì)維持對(duì)慢性感染和腫瘤的控制很重要。耗竭細(xì)胞具有異質(zhì)性，最新的數(shù)據(jù)表明耗竭T細(xì)胞是一個(gè)發(fā)育連續(xù)體，這些亞群包括：（1）TEXprog1，它是靜止的淋巴組織駐留的非增殖祖細(xì)胞，具有高TCF-1表達(dá)，正在緩慢分裂并具有良好的持久性；（2） TEXprog2是TCF1+，具有良好持久性的高度增殖、活化的祖細(xì)胞；（3） TEXint包括具有一些效應(yīng)活性和遷移能力但沒有TCF-1表達(dá)的中間群體以及（4）更具細(xì)胞毒性但不再循環(huán)的終末群體TEXterm。

很明顯，表達(dá)PD-1的前體耗竭細(xì)胞具有降低的效應(yīng)分子表達(dá)，但中間群體（TCF-1−/T-bethigh）下調(diào)PD-1的表達(dá)，這與它們重新獲得增殖和產(chǎn)生效應(yīng)分子的能力相吻合。TCF-1的表達(dá)促進(jìn)了一系列關(guān)鍵效應(yīng)器功能相關(guān)轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子的表達(dá)，包括Foxo1、Zeb2、Id3和EOMES。此外，耗竭的CD8+T細(xì)胞對(duì)IL-7和IL-15等穩(wěn)態(tài)細(xì)胞因子的反應(yīng)也較差。

代謝活性改變

在耗竭的過程中，T細(xì)胞會(huì)改變其代謝活性。在早期階段，糖酵解被下調(diào)，這歸因于抑制性受體的表達(dá)。已知PD-1的胞質(zhì)尾部含有免疫酪氨酸抑制基序和免疫酪氨酸開關(guān)基序，募集磷酸酶SHP-2，其拮抗TCR的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。其可以影響PI3K/AKT/mTORC1信號(hào)軸，通過下調(diào)Glut1表達(dá)來阻斷葡萄糖攝取，并通過抑制關(guān)鍵糖酵解酶己糖激酶2的表達(dá)來阻斷糖酵解。

在沒有糖酵解的情況下，有人提出耗竭的T細(xì)胞依賴脂肪酸氧化。耗竭的腫瘤浸潤(rùn)性T細(xì)胞也有線粒體質(zhì)量和功能的顯著喪失，這主要是由PPARγ共激活劑1α（PGC1α）的缺失引起的，PGC1α負(fù)責(zé)線粒體的生物發(fā)生。總的來說，耗竭T細(xì)胞的代謝變化尚未得到詳盡的表征。目前，已知的變化還不能用來定義耗竭，很可能這些變化完全是繼發(fā)于抑制性受體的持續(xù)表達(dá)。

耗竭T細(xì)胞的表觀遺傳學(xué)狀態(tài)

對(duì)小鼠慢性感染和腫瘤模型的研究表明，表觀遺傳重組是耗竭分化程序的關(guān)鍵部分。正是耗竭的細(xì)胞攜帶的廣泛的表觀遺傳學(xué)變化使它們即使在抗原被消除后也無法獲得功能潛力。TOX在這種重編程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，TOX的去除通過募集各種染色質(zhì)重塑蛋白，增加了LCMV特異性T細(xì)胞中效應(yīng)相關(guān)基因的染色質(zhì)可及性。特別是Dnmt3a對(duì)效應(yīng)基因的從頭DNA甲基化被認(rèn)為是耗竭的調(diào)節(jié)因子，Tcf7、Ifn和Myc基因座的新DNA甲基化與耗竭細(xì)胞的分化有關(guān)：Dnmt3a的缺失導(dǎo)致細(xì)胞功能障礙減少和增殖增強(qiáng)。

理解耗竭T細(xì)胞的表觀遺傳學(xué)可塑性具有很大的治療意義，因?yàn)楹慕逿細(xì)胞獨(dú)特的表觀遺傳重編程可能會(huì)通過免疫檢查點(diǎn)阻斷對(duì)T細(xì)胞的重新激活形成障礙。在PD-1阻斷之前，在耗竭細(xì)胞中抑制DNA甲基化或使用DNA去甲基化劑促進(jìn)了耗竭細(xì)胞的重新活化。盡管免疫檢查點(diǎn)阻斷本身可能無法克服耗竭T細(xì)胞的表觀遺傳學(xué)屏障，但靶向染色質(zhì)重塑可以改善檢查點(diǎn)阻斷的治療結(jié)果。此外，TME的缺氧環(huán)境進(jìn)一步導(dǎo)致基因表達(dá)受損。因此，恢復(fù)氧氣供應(yīng)或改善共刺激可能是幫助耗竭細(xì)胞恢復(fù)活力的替代方法。

參考文獻(xiàn)：

1.Thecurrent state and future of T-cell exhaustion research. Oxf Open Immunol. 2023 Jul 8;4(1):iqad006

       原文標(biāo)題 : T細(xì)胞耗竭的特征