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图说 | T Cell Exhaustion(T细胞耗竭)

联川生物 2022-05-21

The following article is from 珠江肿瘤 Author 孙月琴

所谓T细胞耗竭(T Cell Exhaustion)就是指常见慢性感染和癌症患者体内T细胞功能丧失。由于长期暴露于持续性抗原或慢性炎症,疲惫的T细胞逐渐失去效应功能,记忆T细胞特征也开始缺失。不过这种耗竭是可以逆转的,至少部分逆转,主要是通过阻止PD-1之类的抑制性通路。

TEx Are a Discrete T Cell Subset(耗竭T细胞离散的T细胞子集)

T细胞耗竭是一种独特的分化状态,可与幼稚,效应和记忆T细胞区分开。与效应(TE)和记忆(TMEM)T细胞相比,耗竭的T细胞(TEx)表现出受损的效应功能(例如,效应细胞因子和细胞毒性因子的快速产生),TEx与TMEM的某些子集(例如:T memory stem cellT记忆干细胞Tscm和Central Memory T cell中央记忆型T细胞Tcm)和幼稚T细胞(Tn)相比,具有有限的增殖潜力。TEx还具有与Tn'TE'或TMEM不同的独特转录程序,其转录程序在慢性感染和癌症之间共同发生作用。TEx在慢性感染或肿瘤中体现出弱或暂时的免疫力,但这种免疫最终是无效的。
可以通过阻断PD-1或其他抑制性受体以及免疫调节途径来重新激发TEx的活力。这种重新激发表明,至少一部分TEx保留了部分免疫潜力,这一研究目前已在癌症治疗的临床方面发挥出了重要的作用。 
本图说的重点,是CD8+T细胞的耗竭,但CD4+和CD8+T细胞也是都可能出现耗竭。

T细胞耗竭的发生(Origins of Exhaustion)

与其他形式的T细胞功能障碍(例如无反应性)不同,T细胞激活时不会诱发耗竭, 纵向分析支持逐渐诱发功能障碍的概念。例如,在急性感染和慢性病毒感染期间,病毒特异性CD8+T细胞的转录谱在第6天和第8天非常相似。在感染后的第15天时,这些转录程序朝着记忆或耗竭的方向发展。
  • 在急性感染的时候,一旦抗原被清除或炎症消退,效应CD8+T细胞就会进一步分化成功能性记忆T细胞,其可产生多种细胞因子(例如干扰素-γIFNγ、肿瘤坏死因子TNF等)。

  • 相反,在慢性感染期间,效应T细胞产生之后,抗原和炎症仍然存在。随着感染的进展和T细胞信号传导的继续,T细胞呈一定的规律逐渐失去效应功能并最终变成耗竭型TEx。

此外,如果在感染后第8天从慢性感染中清除,则在慢性感染期间的CD8+T细胞可发育成功能性TMEM。TEx(图中耗竭部分)和TMEM(图中记忆部分)也都从效应T细胞TE的CD127+KLRG1-“记忆前体”( "memory precursor" )子集发育而来,表明TEx和TMEM有着共同的发育起源。

Signals for the  Development of TEx( TEx的发展信号)

尽管对TEx的发展尚不完全了解,但持续存在且连续的抗原刺激似乎是驱动力竭的关键信号。但是,其他类型的信号也可能很重要。这些包括:促炎性细胞因子(例如IFN-α,IL-6,IL-27)和抑制性细胞因子(例如IL-10,TGF-β),其他调节性白细胞(例如,调节性T细胞,免疫调节性抗原呈递细胞),以及组织的微环境(例如,缺氧,营养素,pH值的改变)。这些信号与慢性TCR一起,驱动多种抑制性受体(例如PD-1,Lag-3,Tim-3等)的升高和持续表达,关键转录因子((如:T-bet, Eomes, Blimp-1 , NFAT/AP-1)的功能改变,代谢变化和转录。
最终,这些信号导致效应器功能的逐步丧失,与TMEM相比稳态发生改变,以及由于过度刺激导致细胞死亡。结果,T细胞耗竭导致病原体或肿瘤的不良控制,但是,通过包括PD-1途径阻滞在内的治疗可部分逆转耗竭的能力,这表明TEx'或该T细胞池至少有一个子集没有终末分化,并且如果重新活跃起来,可能有助于保护性免疫。

Subsets of TEx(TEx的子集)

基于PD-1和T-box转录因子T-bet和Eomesodermin(Eomes)的表达,存在TEx的至少两个子集。一个子集表示较高的T-bet和中间PD-1(T-bethiPD-1int),而另一子集表示较高的Eomes和PD-1但较低的T-bet(EomeshiPD-1hi)。这两个子集的关键功能不同, T-bethiPD-1int亚组保留了中等的增殖能力,并具有产生效应细胞因子(例如IFNγ,TNFα)的潜力,但细胞毒性有限。与T-bethiPD-1int子集相比,EomeshiPD-1hi子集产生的细胞因子更少,增殖潜能较差,但保留了部分细胞毒性。PD-1:PD-L1途径阻滞只能使T-bethiPD-1int子集恢复活力,这一发现对免疫治疗具有重要意义。这两个子集之间存在谱系关系:T-bethiPD-1int子集被持久性抗原激活而分裂,从而产生EomeshiPD-1hi后代。EomeshiPD-1hi细胞终末分化,不会转化回T-bethiPD-1int细胞。因此,T-bethiPD-1int细胞被称为“祖细胞子集”,而EomeshiPD-1hi被称为“末端子集”。

TEx Based on Anatomical Location(基于解剖位置的TEx)

基于组织位置和疾病情况,TEx库中可能存在其他异质性。在慢性感染中,T-bethi祖细胞亚群存在于脾脏和血液中,而EomeshiPD-1hi末端亚群在非淋巴组织和肿瘤组织中更为丰富。但是,非淋巴组织和肿瘤的独特微环境可能会影响TEx生物学。实际上,不同的组织具有不同的T-bethi与Eomeshi亚组比率,并且这些位置的TEx在其他关键表型和功能属性上可能有所不同。因此,尽管TEx与Tn'TE'和TMEM'相比代表离散的分化状态,但疾病的背景和位置可能会赋予额外的异质性层。


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