干細(xì)胞樣記憶性CD8+T細(xì)胞的生物學(xué)特性研究進(jìn)展①

陳孟嘉 馮 輝

(中國醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院免疫學(xué)教研室，沈陽 110122)

移植物抗宿主病(graft-versus-host disease，GVHD)小鼠模型中鑒定出一群具有初始T細(xì)胞(naive T cell，TN)表型CD44loCD62Lhi、自我增殖能力強(qiáng)、可定向分化的CD8+T細(xì)胞[1]。研究發(fā)現(xiàn)，與長壽B細(xì)胞類似，記憶T細(xì)胞可能通過干細(xì)胞樣的自我更新方式從T細(xì)胞記憶池中連續(xù)產(chǎn)生效應(yīng)細(xì)胞[2]。利用正常人外周血單個(gè)核細(xì)胞，體外誘導(dǎo)出類似小鼠的干細(xì)胞樣記憶T細(xì)胞(stem-like memory T cells，TSCM)，由此提出TSCM的概念[3]。因此，TSCM相關(guān)研究在感染性疾病、自身免疫病和腫瘤等多種疾病和動(dòng)物模型的預(yù)防和治療中廣泛開展。

1 CD8+TSCM表型和轉(zhuǎn)錄特征

小鼠TSCM是具有幼稚表型的CD44loCD62LhiCD8+T細(xì)胞，表達(dá)干細(xì)胞抗原1(stem cell antigen-1，Sca-1)，CD122(IL-2Rβ鏈，IL-15R組成成分)和B細(xì)胞淋巴瘤2(B-cell lymphoma 2，Bcl-2)和趨化因子受體CXCR3，具有自我更新和向中樞記憶T細(xì)胞(central memory T cell，TCM)、效應(yīng)記憶T細(xì)胞(effector memory T cell，TEM)和效應(yīng)T細(xì)胞(effector T cell，TEFF)多分化潛能[1]。體外分離的人初始T細(xì)胞在糖原合酶激酶-3β(glycogen synthase kinase-3β，GSK-3β)抑制劑TWS119誘導(dǎo)下產(chǎn)生TSCM[3]。靈長類(如恒河猴)動(dòng)物體內(nèi)CD45RA+CCR7+CD27+CD28+IL-7Rα+初始樣T細(xì)胞亞群中，鑒定出與人類相似的CD95hiCD8+TSCM細(xì)胞，富集于淋巴結(jié)，在脾臟、骨髓和黏膜少見[4，5]。

根據(jù)CD8+T細(xì)胞多亞群全基因組組蛋白H3第4賴氨酸三甲基化(H3K4me3)和組蛋白H3第27賴氨酸三甲基化(H3K27me3)修飾繪制的圖譜顯示，組蛋白共價(jià)修飾與效應(yīng)功能基因(如Prf1、Gzmb和Ifng)、糖代謝基因(如Hk2、Ldha、Pkm2和Tpi1)、終末分化基因(如Tbx21、Prdm1)和記憶相關(guān)基因(如Tcf7、Lef1、Foxo1和Klf2)表達(dá)有關(guān)[6]。抗原特異性CD8+T細(xì)胞以遞進(jìn)式方式經(jīng)歷染色質(zhì)重塑。以“干細(xì)胞模式”遞進(jìn)式分化：TN→TSCM→TCM→TEM→TEFF。黃熱病毒(yellow fever virus,YFV)疫苗建立的長效免疫保護(hù)中，YFV特異性長壽CD8+T細(xì)胞具有TSCM細(xì)胞表型，表觀遺傳學(xué)特征與效應(yīng)CD8+T細(xì)胞相似[7]。TSCM處于抗原刺激T細(xì)胞分化的初級(jí)階段，具有克隆擴(kuò)增和穩(wěn)態(tài)增殖能力，可在急性和慢性感染期持續(xù)提供效應(yīng)子代[6]。

2 影響CD8+TSCM分化的因素

2.1細(xì)胞因子 γ鏈家族細(xì)胞因子IL-2、IL-7、IL-15和IL-21可在體外誘導(dǎo)CD8+TSCM產(chǎn)生。低劑量IL-7和IL-15促進(jìn)初始T細(xì)胞分化為CD45RA+CD62L+CCR7+CD95+TSCM。IL-7作為關(guān)鍵信號(hào)促進(jìn)CD45RA+CD62L+表型生成，IL-15促進(jìn)其擴(kuò)增，IL-21參與Tcf7、Lef1和CD62L表達(dá)和IL-2分泌，IL-21通過促發(fā)信號(hào)傳導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活因子3(signal transducers and activators of transcription 3，STAT3)磷酸化，從而促進(jìn)TBX21和SOCS1表達(dá)，誘導(dǎo)生成CD8+TSCM[8-10]。IL-21或IL-15可單獨(dú)在體外刺激初始CD8+T細(xì)胞分化為CD45RA+CD45RO-CD62L+CCR7+CD95+CD122+TSCM，且IL-21體外誘導(dǎo)效果更好，但I(xiàn)L-2或IL-7不能單獨(dú)發(fā)揮作用[10]。此外，IL-7、IL-15和IL-21有協(xié)同作用。在CD3/CD28聯(lián)合刺激下，IL-7、IL-15和IL-21能顯著增加CD8+TSCM細(xì)胞比例，IL-7和IL-21聯(lián)合促進(jìn)細(xì)胞CD28和CD27表達(dá)[11，12]。

2.2信號(hào)通路 GSK-3β或Wnt蛋白家族成員Wnt3A抑制劑通過Wntβ-連環(huán)蛋白信號(hào)阻斷CD8+T細(xì)胞向效應(yīng)細(xì)胞分化，促進(jìn)CD44lowCD62LhighSca-1highCD122highBcl-2highCD8+TSCM產(chǎn)生[13]。由此，Wnt信號(hào)在維持成熟記憶CD8+T細(xì)胞的干性中發(fā)揮重要作用。與表達(dá)Notch配體的OP9基質(zhì)細(xì)胞共培養(yǎng)，活化T細(xì)胞中產(chǎn)生Notch信號(hào)誘導(dǎo)的CD8+TSCM，具有強(qiáng)抗腫瘤活性[14,15]。Akt抑制劑能夠促進(jìn)CD8+TSCM體外生成，CD8+T細(xì)胞表現(xiàn)為缺氧相關(guān)基因富集和糖酵解功能增強(qiáng)[16]。通過抑制Akt通路，體外產(chǎn)生高效的次要組織相容性抗原(minor histocompatibility antigens，MiHAs)特異性CD8+T細(xì)胞，具有TSCM特性，去除Akt抑制后顯示出良好的增殖潛能，在小鼠體內(nèi)產(chǎn)生良好的抗腫瘤作用[17,18]。

3 CD8+TSCM與疾病臨床應(yīng)用

3.1自身免疫病和獲得性免疫缺陷病 系統(tǒng)性紅斑狼瘡、再生障礙性貧血，自身免疫性葡萄膜炎和鐮狀細(xì)胞病患者TSCM細(xì)胞比例增加[19,20]。與健康對(duì)照組相比，再生性障礙貧血患者體內(nèi)TSCM分泌更多IFN-γ和IL-2，觸發(fā)不同模式的炎癥反應(yīng)[20]。1型糖尿病(type 1 diabetes，T1D)患者體內(nèi)檢出識(shí)別胰島β細(xì)胞抗原GAD65，胰島素和IGRP的自身反應(yīng)性CD8+T細(xì)胞，其具有TSCM表型和特性。這群CD8+TSCM細(xì)胞依賴IL-7信號(hào)，利用WZB117抑制劑靶向葡萄糖攝取可抑制TSCM分化[21]。

HIV患者在抗逆轉(zhuǎn)錄病毒治療(antiretroviral therapy，ART)后，隨著治療時(shí)間延長，HIV-1特異性CD8+TSCM含量逐漸增加，且能夠合成分泌IFN-γ和IL-2。TSCM在支持體內(nèi)持久免疫方面具有重要作用，HIV-1特異性CD8+TSCM細(xì)胞在抗原長期刺激下無法存活，持續(xù)的抗原刺激可能抑制CD8+TSCM細(xì)胞自我更新和穩(wěn)態(tài)增殖[22,23]。

3.2腫瘤 表型/功能分析和抗逆轉(zhuǎn)錄病毒載體整合位點(diǎn)的高通量測序揭示，基因工程構(gòu)建的TSCM克隆可在體內(nèi)存活十幾年，同時(shí)保留分化潛能[24]。胃癌患者外周血檢測到CD45RA+CCR7+CD27+CD95+CD3+CD8+TSCM，其數(shù)量隨疾病進(jìn)展而減少。過繼轉(zhuǎn)移后，CD8+TSCM比CD8+T細(xì)胞其它亞群發(fā)揮更強(qiáng)的抗腫瘤效應(yīng)[25]。非小細(xì)胞肺癌(non-small cell lung cancer，NSCLC)患者腫瘤浸潤淋巴細(xì)胞中檢出CXCR5+TIM-3-CD8+T細(xì)胞，具有耗竭細(xì)胞表型，其細(xì)胞缺失與NSCLC進(jìn)展相關(guān)。單細(xì)胞測序顯示此群細(xì)胞具有干細(xì)胞樣可塑性和細(xì)胞毒作用[26]。

一項(xiàng)CAR-T細(xì)胞過繼免疫治療B細(xì)胞淋巴瘤的臨床研究發(fā)現(xiàn)，CD8+CD45RA+CCR7+T細(xì)胞表型與TSCM類似，其細(xì)胞數(shù)量與體內(nèi)擴(kuò)增的過繼轉(zhuǎn)移CAR-T細(xì)胞數(shù)量呈正相關(guān)。CAR-T細(xì)胞在體外培養(yǎng)期間，采用IL-7和IL-15組合替代IL-2，可顯著增加TSCM細(xì)胞比例和數(shù)量。在反復(fù)接觸腫瘤抗原后，TSCM細(xì)胞抗凋亡能力增強(qiáng)，保持向二級(jí)淋巴器官遷移能力，從而提高CAR-T細(xì)胞的抗腫瘤活性[27]。體外實(shí)驗(yàn)顯示，CD8+CD62L+CD45RA+初始T細(xì)胞在IL-7、IL-21和TWS119作用下衍生為CD8+TSCM細(xì)胞，通過基因改造進(jìn)一步使其表達(dá)CD19嵌合抗原受體(chimeric antigen receptor，CAR)。CD19-CAR修飾的CD8+TSCM在表型、功能和轉(zhuǎn)錄水平與自然產(chǎn)生的CD8+TSCM細(xì)胞類似，在急性淋巴細(xì)胞白血病異種移植中發(fā)揮強(qiáng)大、持久的抗腫瘤效應(yīng)[28]。

從100～120 ml前B細(xì)胞急性淋巴細(xì)胞白血病(B-precursor acute lymphoblastic leukemia，pre-B ALL)患者外周血中分離T細(xì)胞，通過IL-7、IL-21和TWS119，基因工程CD19-CAR修飾和Fab-連鎖狀多聚體技術(shù)，體外獲得足夠數(shù)量CD19-CAR修飾的T細(xì)胞，并獲得TCM和TSCM表型，具有強(qiáng)大的增殖潛能和抗原特異性細(xì)胞毒效應(yīng)，且低表達(dá)協(xié)同抑制分子[29]。藥物誘導(dǎo)聯(lián)合基因改造可從初始T細(xì)胞前體衍生出大量TSCM，基于TSCM具有多潛能、高增殖和腫瘤抗原識(shí)別的特異性，為過繼免疫治療提供新策略。

4 總結(jié)

TSCM作為一種具有自我更新能力和多分化潛能的長壽記憶細(xì)胞，不僅參與抗感染相關(guān)的免疫記憶形成，而且在自身免疫性疾病發(fā)展過程中發(fā)揮作用，同時(shí)也是腫瘤免疫治療中過繼免疫的重要利器。深入探討TSCM生物學(xué)特性對(duì)免疫學(xué)相關(guān)疾病的預(yù)防和治療產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。