前言

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

從最簡單的意義上講，T細胞耗竭是指T細胞的功能失調(diào)狀態(tài)，其特征是對感染細胞或腫瘤的反應能力受損。在慢性感染狀態(tài)下，入侵病原體的持續(xù)存在會導致抗原刺激延長，導致T細胞功能障礙。在腫瘤環(huán)境中，T細胞由于慢性抗原暴露而耗竭，導致效應器功能降低。因此，CD8+細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，從而使腫瘤繼續(xù)生長。T細胞的耗竭狀態(tài)是由一個獨特的轉(zhuǎn)錄程序驅(qū)動的，該程序產(chǎn)生特定的表型狀態(tài)，使耗竭T細胞具有獨特的特征，包括不同的轉(zhuǎn)錄因子活性、抑制性受體的表達、效應器功能、代謝狀態(tài)和表觀遺傳學狀態(tài)。

耗竭T細胞的轉(zhuǎn)錄組學特征

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

T細胞表達四種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，促進許多細胞因子基因的反式激活。在慢性感染的情況下，NFAT和AP-1的表達平衡向高NFAT表達轉(zhuǎn)變，導致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信號傳導下游發(fā)揮作用，也有助于耗竭狀態(tài)的形成。

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

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

胸腺細胞選擇相關HMG-Box（TOX）轉(zhuǎn)錄因子是與耗竭有關的最新發(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)、細胞因子產(chǎn)生減少和表觀遺傳學重塑。此外，TOX促進通常與耗竭相關的基因的表達，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。

抑制性受體的持續(xù)表達

包括PD-1、CTLA-4和TIM-3等在內(nèi)的抑制性受體是T細胞耗竭的關鍵定義之一。PD-1是耗竭研究最多的分子，正常情況下的T細胞中，PD-1的表達隨著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，抑制CD8+T細胞功能。除了PD-1，在病毒的慢性感染中，動物和人類的抗原特異性CD8+T細胞都會共同表達其他抑制性受體，包括LAG-3、CD244（2B4）、CD160、TIM-3和CTLA-4，感染的嚴重程度與每個細胞表達的不同抑制性受體的水平和數(shù)量相關。

抑制性受體在耗竭T細胞中的功能尚不清楚。這些受體不僅存在于耗竭的細胞上，在典型的T細胞激活過程中，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。PD-1在LCMV感染的小鼠中形成耗竭并不是必需的，但它的缺失會產(chǎn)生更嚴重的耗竭。這表明即使在耗竭的細胞中，PD-1可能仍在發(fā)揮其防止細胞過度刺激的典型作用。或者，抑制性受體的表達只能反映潛在的轉(zhuǎn)錄和表觀遺傳學變化，而沒有耗竭的特異性功能。最終，抑制性受體在耗竭T細胞中的作用顯然需要更多的研究，以確定耗竭細胞上表達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。

效應器功能喪失

早期的研究主要將耗竭細胞定義為細胞無法產(chǎn)生效應分子。然而事實上，耗竭的T細胞不應被視為缺乏效應器功能的細胞，它們可以產(chǎn)生炎性細胞因子和顆粒酶，對維持對慢性感染和腫瘤的控制很重要。耗竭細胞具有異質(zhì)性，最新的數(shù)據(jù)表明耗竭T細胞是一個發(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胞，具有高TCF-1表達，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、活化的祖細胞；（3） TEXint包括具有一些效應活性和遷移能力但沒有TCF-1表達的中間群體以及（4）更具細胞毒性但不再循環(huán)的終末群體TEXterm。

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

代謝活性改變

在耗竭的過程中，T細胞會改變其代謝活性。在早期階段，糖酵解被下調(diào)，這歸因于抑制性受體的表達。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基序，募集磷酸酶SHP-2，其拮抗TCR的信號轉(zhuǎn)導。其可以影響PI3K/AKT/mTORC1信號軸，通過下調(diào)Glut1表達來阻斷葡萄糖攝取，并通過抑制關鍵糖酵解酶己糖激酶2的表達來阻斷糖酵解。

在沒有糖酵解的情況下，有人提出耗竭的T細胞依賴脂肪酸氧化。耗竭的腫瘤浸潤性T細胞也有線粒體質(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負責線粒體的生物發(fā)生。總的來說，耗竭T細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。

耗竭T細胞的表觀遺傳學狀態(tài)

對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鍵部分。正是耗竭的細胞攜帶的廣泛的表觀遺傳學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細胞中效應相關基因的染色質(zhì)可及性。特別是Dnmt3a對效應基因的從頭DNA甲基化被認為是耗竭的調(diào)節(jié)因子，Tcf7、Ifn和Myc基因座的新DNA甲基化與耗竭細胞的分化有關：Dnmt3a的缺失導致細胞功能障礙減少和增殖增強。

理解耗竭T細胞的表觀遺傳學可塑性具有很大的治療意義，因為耗竭T細胞獨特的表觀遺傳重編程可能會通過免疫檢查點阻斷對T細胞的重新激活形成障礙。在PD-1阻斷之前，在耗竭細胞中抑制DNA甲基化或使用DNA去甲基化劑促進了耗竭細胞的重新活化。盡管免疫檢查點阻斷本身可能無法克服耗竭T細胞的表觀遺傳學屏障，但靶向染色質(zhì)重塑可以改善檢查點阻斷的治療結(jié)果。此外，TME的缺氧環(huán)境進一步導致基因表達受損。因此，恢復氧氣供應或改善共刺激可能是幫助耗竭細胞恢復活力的替代方法。

參考文獻：

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

       原文標題 : T細胞耗竭的特征