《科学》新发现：原来T细胞会“弃车保帅”，获得连杀技能

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在免疫反应和癌症免疫治疗中，细胞毒性T淋巴细胞（CTL）可以快速连续击杀多个靶细胞，这是其发挥作用的关键技能，也是影响其免疫有效性的一个重要因素。

这种连续杀伤过程离不开一系列精密的控制，从识别靶细胞到与靶细胞分离，完成这套转变才能快速结束上一次战斗并准备好下一次击杀。

细胞毒性T淋巴细胞是通过T细胞受体（TCR）识别，来杀死病毒感染的细胞和癌细胞。不过，细胞毒性T淋巴细胞是如何终止信号传导，并脱离靶细胞而实现连环击杀的，仍然是一个未解之谜。

来自剑桥医学研究所的研究人员及其合作者在《Science》发表了题为“Ectocytosis renders T cell receptor signaling self-limiting at the immune synapse”的研究，发现活化的TCR会被释放到免疫突触处的胞外体中，终止TCR信号传导，从而实现连续杀伤。

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细胞毒性T细胞表面的TCR-CD3复合物由TCR（包括α链和β链）以及信号传导所需的CD3链簇（包括γ、δ、ε和ξ四部分）构成，其中TCR能够识别肽主要组织相容性复合物I（pMHCI）。

TCR与靶细胞上的pMHCI结合后，通过淋巴细胞特异性蛋白酪氨酸激酶（Lck）和Zeta链相关蛋白激酶70（Zap70）触发TCR复合物快速磷酸化，从而启动下游信号传导。

从TCR识别到信号传导，再到细胞毒性T细胞与靶细胞的分离，这个复杂的过程是如何无缝衔接的？

为了探讨这个问题，他们利用高分辨率三维（3D）成像技术追踪了TCR在免疫突触形成的不同阶段是如何作用的。

首先，他们用抗坏血酸过氧化物酶（APEX）标记了CD3ξ，并使用电子显微镜（EM）断层扫描技术对TCR的定位进行成像。结果可见CD3ξ-APEX与细胞毒性T细胞中的内源性CD3e共聚。

CD3ζ-APEX-EGFP与内源性CD3e共聚

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来源：Stinchcombe, Jane C., et al, 2023

细胞毒性T细胞在混合后的不同时间与靶标结合，因此他们能够捕获免疫突触形成的不同阶段。从成像图不难看出，CD3ξ-APEX主要聚集在T细胞（灰色）与癌细胞（蓝色）接触的部位。

CD3ζ-APEX和Lifeact-APEX在细胞毒性T淋巴细胞中的定位

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来源：Stinchcombe, Jane C., et al, 2023

他们还观察到，在富含肌动蛋白的片状伪足中，TCR在细胞毒性T淋巴细胞和靶标之间进行首次接触，随后片状伪足迅速变平，形成排列有TCR的紧密膜保持接触，并随着突触的形成而耗尽肌动蛋白。

通过高分辨率电子显微镜断层扫描，他们研究了12个独立断层扫描中CD3ζ-APEX的3D定位，重建断层扫描图的建模显示：CD3ζ-APEX（绿色）在细胞毒性T淋巴细胞膜（品红色）上延伸的区域长度达2 mm、宽度>1 mm。

这个观察到的TCR簇，称为“中央超分子激活簇（cSMAC）“，其中TCR和pMHCI接合，细胞毒性T淋巴细胞和靶膜紧密并列。

APEX标记的cSMAC定量显示，98%的囊泡CD3ζ存在于胞外体中（直径37至210 nm），这些胞外体是从CD3ζ-边缘向外出芽而形成的，这表明TCR通过胞吐作用，而非免疫突触内吞作用，而产生下调。

TCR是通过胞吐作用而非突触内吞作用下调

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来源：Stinchcombe, Jane C., et al, 2023

从富含CD3ζ-胞外体的免疫突触的三维断层图和模型中，可见膜相关CD3ζ的多个较小区域，胞外体要么从cSMAC外围出芽，要么从细胞毒性T淋巴细胞膜分离。

定量表明，随着胞外体的增加，膜相关的CD3ζ减少，并且CD3ζ胞外体的缀合物数量随着时间的推移而增加，这表明跨膜TCR面积的减少是由于胞吐作用。

3D断层扫描和传统电镜还显示，细胞毒性T淋巴细胞和靶标之间的紧密膜接触在萌芽的地方丢失，从而在细胞毒性T淋巴细胞和靶标之间产生局部细胞分离。

cSMA通过胞吐作用减少

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来源：Stinchcombe, Jane C., et al, 2023

光学显微镜定量显示胞吐作用随着TCR信号强度的增加而增加，而细胞毒性T淋巴细胞表面的TCR表达减少。同时，TCR信号强度也增加了细胞毒性T淋巴细胞与靶标的分离。

这些结果表明，胞吐作用既从免疫突触中去除了TCR，又随着TCR胞外体的脱落而引发了细胞毒性T淋巴细胞与靶标之间的分离。

外泌体通过网格蛋白介导的内吞作用内化进入靶细胞

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来源：Stinchcombe, Jane C., et al, 2023

为了了解胞吐作用是否有效下调脱落受体的信号传导，他们考察了胞吐体中是否包含与TCR激活相关的其他蛋白质。

通过共焦和结构照明显微镜（SIM），他们对未转染的细胞毒性T淋巴细胞脱落的胞外体进行了成像。结果可见，在通过突触转移至靶细胞的胞外体中，内源性CD3ζ、CD3e、TCRb、CD8和Zap70均可以被检测到。

而启动TCR激活的激酶Lck仍然聚集在突触的细胞毒性T淋巴细胞膜上。因此，释放的外泌体包含活化的TCR和Zap70，但不包含初始活化激酶Lck，阻止了进一步的活化，也就是说外泌变性可以终止活化TCR的信号传导。

活化的TCR和Zap70脱落到外泌体中

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来源：Stinchcombe, Jane C., et al, 2023

TCR激活会触发免疫突触内的膜特化，产生二酰基甘油（DAG），这是一种可以诱导负膜曲率的脂质。他们发现活化的TCR会被释放到免疫突触处富含DAG的胞外体中，而不是通过内吞作用内化。

这表明二酰基甘油可能有助于向外出芽，有助于胞吐作用。出芽的胞外体直接被靶细胞内吞，从而终止TCR信号传导。同时，这个过程使T淋巴细胞与靶细胞脱离，从而实现连续杀伤。简言之，胞吐作用使TCR信号传导自我限制。

免疫突触处的TCR胞吐模型

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来源：Stinchcombe, Jane C., et al, 2023

总结来看，胞吐有两个重要的作用：首先，胞吐作用将活化的TCR从细胞毒性T淋巴细胞膜上清除，当外泌体被垂死的靶标占据时终止信号传导。

其次，TCR胞吐作用使细胞毒性T淋巴细胞和靶标分离，当外泌体从细胞毒性T淋巴细胞膜上脱落时，分离的区域便自然产生。胞吐作用可以实现完全分离和脱落，从而促进T淋巴细胞的连续杀伤能力。

综上所述，这项研究加深了对细胞毒性T细胞作用机制的理解，也许科学家们可以据此改进T细胞相关的癌症疗法。

参考资料

Stinchcombe, Jane C., et al. "Ectocytosis renders T cell receptor signaling self-limiting at the immune synapse." Science 380.6647 (2023): 818-823.

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作者：摩西、古古古

审校：咏彤

声明：本文仅作为科普，拒不接受商业用途的转载申请，亦不构成任何建议。

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