KIR+CD8+T细胞活跃在自身免疫性疾病和新冠肺炎患者中并抑制致病T细胞

KIR+CD8+ T cells suppress pathogenic T cells and are active in autoimmune diseases and COVID-19

【发表期刊】Science 

【影响因子】 47

【发表时间】2022.03

研究背景

虽然大多数CD8+T细胞都是用来控制病原体感染或癌细胞的，但有研究证据表明，一小部分CD8+T细胞也可以抑制自身免疫反应。在实验性自身免疫性脑脊髓炎(EAE)和人类多发性硬化症(MS)的小鼠模型中，CD8+T细胞的这种调节功能被认为是CD8+T细胞的耗竭。最近，我们的研究小组发现，EAE中克隆扩增的CD8+T细胞识别与H2-DB结合的多肽，这些多肽刺激Ly49+CD8+调节性T细胞并抑制疾病。这将最初的观察结果从Qa-1扩展到包含经典的I类MHC相互作用上，暗示了外周耐受的一般机制。

结果分析

1、人类自身免疫性疾病中KIR+CD8+T细胞的增加

研究人员分析了自身免疫性疾病患者和健康对照组(HC)外周血中的KIR+CD8+T细胞。与健康对照组相比，MS、SLE和CeD患者血液中KIR+CD8+T细胞的频率显著增加(图1A)。

接下来，研究人员发现活动期CeD患者肠道中KIR+CD8+T细胞水平高于缓解组和对照组(图1B)，这表明KIR+CD8+T细胞水平与疾病严重程度密切相关。此外，与健康肾脏相比，SLE患者肾脏中KIR+CD8+T细胞的频率显著增加(图1C)。RA患者的滑膜组织中KIR+CD8+T细胞的数量与非自身免疫性疾病的骨关节炎(OA)患者相比也显著增加。相比之下，RA和OA滑膜FOXP3+CD4+调节性T细胞(Tregs)的频率相似(图1D)。

图1 自身免疫性疾病患者的KIR+CD8+T细胞增加

2、KIR+CD8+T细胞是小鼠Ly49+CD8+T细胞的功能对应物

为了探究KIR+CD8+T细胞是否是小鼠Ly49+调节性CD8+T细胞的功能对应物。研究人员探讨了KIR+CD8+T细胞能否抑制CeD患者的醇溶蛋白特异性CD4+T细胞。将HLA-DQ2.5+CeD患者的CD8- PBMC与预活化的KIR+和KIR-CD8+T细胞加酰胺化麸质培养，在没有KIR+CD8+T细胞的情况下，去酰胺化麸质能刺激醇溶蛋白特异性CD4+T细胞的增殖；而加入KIR+CD8+T细胞后，显著减少了醇溶蛋白特异性的CD4+T细胞的频率(图2A)。此外，KIR+CD8+T细胞对醇溶蛋白特异性CD4+T细胞的抑制作用是接触依赖性的，因为当KIR+CD8+T细胞与CD8-PBMC分离时，它们对醇溶蛋白特异性CD4+T细胞的抑制作用显著下降 (图2C)。研究人员还发现，在KIR+CD8+T细胞存在的情况下，醇溶蛋白特异性的CD4+T细胞上的Annexin V结合增加(图2B)，表明这些细胞可以诱导致病的CD4+T细胞凋亡。以往的研究表明，小鼠Ly49+CD8+T细胞的调节功能是通过识别其靶细胞上的MHC I介导的。预活化的KIR+CD8+T细胞比未经处理的KIR+CD8+T细胞对醇溶蛋白特异性的CD4+T细胞的抑制作用更强(图2D)，这表明需要激活TCR才能充分发挥其抑制功能。此外，抗HLA-ABC和抗HLA-E阻断可部分逆转KIR+CD8+T细胞的抑制作用(图2E)。总之，KIR+CD8+T细胞通过识别MHC I分子，特异性地清除CeD患者白细胞中醇溶蛋白特异性的CD4+T细胞。

图2 通过KIR+CD8+T细胞消除麦醇溶蛋白特异性CD4+T细胞

3、SARS-CoV-2和流感患者KIR+CD8+T细胞增加

研究人员假设在感染期间KIR+CD8+T细胞可能升高以控制自身反应性T细胞，因此分析了56例COVID-19患者。研究人员发现患者中KIR+CD8+T细胞显著升高，并且与疾病严重程度正相关（图3A）。此外，在血管炎或栓塞患者中发现KIR+CD8+T细胞的频率最高，在ARDS患者中发现的频率较低（图3B）。相比之下，COVID-19患者CD25^hiCD127^loCD4+Tregs或KIR+NK细胞与健康对照相比无明显差异（图3B）。研究人员还发现与健康对照相比，中度或重度疾病的COVID-19患者的支气管肺泡灌洗液中KIR+CD8+T细胞的频率增加（图3C）。此外，在流感感染患者的外周血中观察到KIR+CD8+T细胞的频率增加（图3D），表明KIR+CD8+T细胞通常被诱导为传染病反应的一部分。

图3 感染时KIR+CD8+T细胞增加

4、KIR+CD8+T细胞的共性和异质性

研究人员接下来对来自健康供体，MS患者和COVID-19患者的外周血CD8+T细胞进行单细胞RNA-seq分析。来自不同条件的KIR+CD8+T细胞形成具有高表达效应基因以及KIR转录物的独特簇（图4A、4B）。为了更好地了解不同情况下KIR+CD8+T细胞的相似性和异质性，研究人员对从健康受试者、MS、SLE和CED患者中分选的4512个KIR+CD8+T细胞进行了单细胞RNA-seq，并分析了它们的T细胞受体。这些KIR+CD8+T细胞共分为六个簇，其中簇1到3主要包含扩增的KIR+CD8+T细胞，而簇5和6由表达独特TCR的未扩增细胞组成(图4C)。扩增的KIR+细胞在第1到3簇中有更高的细胞毒性分子(例如GZMH、GZMB和PRF1)和与效应性T细胞相关的基因(例如FCGR3A、FGFBP2和CX3CR1)的转录。第2簇更多地局限于MS患者扩增的KIR+细胞，显示出更高水平的I型干扰素应答基因。来自HC和SLE患者的KIR+细胞显示了糖酵解相关基因的较高表达(图4D至F)。簇4中的细胞处于过渡状态，失去了与记忆相关的特征。簇5和簇6分别显示记忆和幼稚特征，并且占总KIR+CD8+T细胞的一小部分(图4F)。因此，在克隆性增殖的同时，KIR+CD8+T细胞可能会失去其幼稚或记忆属性，进入效应T细胞的分化程序，然后通过细胞毒作用抑制致病的CD4+T细胞。接下来，研究人员比较了来自同一个体(N=26)的KIR+CD8+TCR和KIR-CD8+TCR的多样性，发现KIR+CD8+T细胞的TCR具有明显低于KIR-CD8+T细胞的香农指数和巢指数(图5A、5B)。因此，KIR+CD8+T细胞的TCR谱的多样性较小。

图4 血液中KIR+CD8+T细胞的单细胞RNA序列分析

图5 KIR+CD8+T细胞的T细胞受体序列分析

5、调节性CD8+T细胞抑制病毒感染后的自身免疫

接下来，研究人员研究了选择性消融Ly49+CD8+T细胞对病毒感染小鼠的影响。由于Ly49F(由Klra6编码)在90%的Ly49+CD8+T细胞上表达，研究人员建立了Klra6^cre小鼠株，在Klra6^creDTA小鼠中，脾脏和淋巴结中的Ly49+CD8+T细胞减少了50%到75%。当小鼠感染LCMV-Armstrong或流感A/PR/8/34H1N1病毒时，野生型小鼠血液中Ly49+CD8+T细胞激增(图6A、6E)。然而，Klra6^creDTA小鼠在LCMV-Armstrong感染30天后出现自身免疫病理，其特征是脾中Tfh和GC B细胞数量增加(图6B)，肾脏出现肾小球肾炎(图6C)和IgG沉积(图6D)。同样，流感感染的Klra6^creDTA小鼠在流感感染60天后表现为支气管周围和间质炎症细胞聚集、肺实变和肺内纤维组织增生(图6E)。因此，这种调节性CD8+T细胞群体似乎抑制了病毒感染后可能发展的自身免疫，而不是在病毒清除过程中起到明显的作用。

图6 病毒感染后Klra6^cre DTA小鼠的自身免疫加剧

研究结论

在这里，研究人员发现表达抑制性杀伤细胞免疫球蛋白样受体（KIR）的CD8+T细胞是小鼠中Ly49+CD8+调节性T细胞的人类等效物，并且在患有各种自身免疫疾病的患者的血液和炎症组织中增加。此外，这些CD8+T细胞在体外有效地消除了来自乳糜泻患者白细胞的致病性麦醇溶蛋白特异性CD4+T细胞。研究人员还发现COVID-19患者中KIR+CD8+T细胞水平升高，这与疾病严重程度和血管炎相关。病毒感染小鼠中Ly49+CD8+T细胞的选择性消融导致感染后的自身免疫。这些结果表明，在这两个物种中，这些调节性CD8+T细胞独特地抑制自身免疫性和感染性疾病中的致病性T细胞。

参考文献

Li J, Zaslavsky M, Su Y, Guo J, Sikora MJ, van Unen V, Christophersen A, Chiou SH, Chen L, Li J, Ji X, Wilhelmy J, McSween AM, Palanski BA, Mallajosyula VVA, Bracey NA, Dhondalay GKR, Bhamidipati K, Pai J, Kipp LB, Dunn JE, Hauser SL, Oksenberg JR, Satpathy AT, Robinson WH, Dekker CL, Steinmetz LM, Khosla C, Utz PJ, Sollid LM, Chien YH, Heath JR, Fernandez-Becker NQ, Nadeau KC, Saligrama N, Davis MM. KIR+CD8+ T cells suppress pathogenic T cells and are active in autoimmune diseases and COVID-19. Science. 2022 Mar 8:eabi9591. doi: 10.1126/science.abi9591. Epub ahead of print. PMID: 35258337.

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