干細胞樣記憶性T細胞的研究進展

丁玫琳，賴文煜，王雨桐，侯曉睿，張延梅，吳砂，鄭華

(1. 南方醫(yī)科大學(xué)第二臨床醫(yī)學(xué)院，廣東 廣州 510515； 2. 南方醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，廣東 廣州 510515； 3. 南方醫(yī)科大學(xué)南方醫(yī)院心內(nèi)科，廣東 廣州 510515)

記憶T細胞是對特異性抗原有記憶能力的長壽T細胞。既往研究中，記憶性T細胞根據(jù)其功能與表型僅分為兩類：CD62LhighCCR7high表型的中樞記憶T細胞(central memory T cell, TCM)，主要存在于繼發(fā)性淋巴器官和骨髓；CD62LhighCCR7low表型的效應(yīng)記憶T細胞(effector memory T cell, TEM)，常見于非淋巴組織。在抗原的刺激下，TCM分化為TEM，而TEM會轉(zhuǎn)化為效應(yīng)T細胞(effector T cell, TEFF)，直接發(fā)揮功能[1]。2005年，在小鼠移植物抗宿主反應(yīng)疾病(graft versus host disease, GVHD)研究中，首次觀察到了一群具有超強增殖分化能力的特殊的記憶性T細胞亞群，它能在受體小鼠中產(chǎn)生持續(xù)性的移植物抗宿主病，研究人員將其命名為“干細胞樣記憶性T細胞”(stem like memory T cells, TSCM)。2011年，TSCM被證實在人類中存在。這群記憶性T細胞除了具有記憶性T細胞快速高效應(yīng)答抗原的能力外，還具有超強的長效生存增殖分化的能力，遠超于其他的記憶性T細胞，TSCM由初始T細胞(naive T cell, TN)受抗原刺激發(fā)育而來，再逐漸分化為TCM及后續(xù)的TEM[2-5]。本綜述針對TSCM的特點，總結(jié)其在疾病發(fā)生發(fā)展中的作用及其臨床應(yīng)用。

1 TSCM表型與功能

除了特異性T細胞受體(T cell receptor,TCR)以外，無論人、鼠TSCM都表達記憶性T細胞的共同標志(小鼠CD62L、人CCR7、人CD45RO)，抗凋亡標志分子(Bcl-2)，生存增殖相關(guān)的細胞因子受體標志CD122(IL-2、IL-7和IL-15的共受體)和CD127(IL-7受體)，干細胞標志(Scal-I)[5-6]。人、鼠不同亞型的T細胞，其表面標志有明顯的不同(表1)，可根據(jù)不同的表面標志來區(qū)分不同的T細胞亞群。

作為記憶性T細胞的一種，TSCM具有明顯的免疫記憶功能，抗原再次刺激時能快速高效地應(yīng)答，并在短時間內(nèi)清除抗原。同時，TSCM具有極高的干細胞特點，主要表現(xiàn)為① 強大的自我更新能力：在IL-15的刺激下, 培養(yǎng)10 d后，約60%的TSCM保留初始表型, 而TCM只有30%保留了它們的原始表型[5]，因此，TSCM具有更強的自我更新能力； ② 抗凋亡能力(持續(xù)生存十幾年)：TSCM中人類免疫缺陷病毒-1(HIV-1) 能長期寄生，HIV-1在CD4+TSCM細胞中存活，產(chǎn)生長壽命儲庫[7]； ③ 定向增殖及分化潛能：極少量的TSCM在抗原刺激下，可以持續(xù)分化為TCM及TEM，發(fā)揮長效作用[8]，將TSCM、TCM分別過繼轉(zhuǎn)移到重度免疫缺陷性小鼠，1個月后TSCM移植組的細胞數(shù)比TCM組多10～100倍，證明TSCM比傳統(tǒng)的TCM具有更強的復(fù)制和存活能力[5]； ④ 極低量抗原刺激閾值：TSCM在極微量抗原刺激下即可發(fā)生免疫應(yīng)答，因此可在抗原入侵的早期將其清除[5]。

表1 人鼠不同亞型T細胞的表面標志

2 TSCM形成的影響因素

TSCM由初始T細胞受到抗原刺激時增殖分化而來。對于TSCM的形成，有多種內(nèi)外因素發(fā)揮作用，包括微環(huán)境中的細胞因子、代謝因素等外界因素，TCR信號強度、轉(zhuǎn)錄因子活化等內(nèi)在因素。通過內(nèi)外因素的共同作用，T細胞分化為具有干細胞特性的抗原特異性T細胞。

2.1 轉(zhuǎn)錄因子

研究表明多個轉(zhuǎn)錄因子影響TSCM的形成。哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)信號通路抑制，可誘導(dǎo)產(chǎn)生CD4+和CD8+TSCM[9]；Wnt信號促進初始CD8+T細胞分化為CD8+TSCM[6]；表達Notch配體的基質(zhì)細胞與活化的CD4+和CD8+T細胞共培養(yǎng)，促進TSCM形成，減少細胞程序性死亡受體1(programmed cell death protein 1，PD-1)和細胞毒T淋巴細胞相關(guān)抗原4(cytotoxic T lymphocyte-associated antigen-4，CTLA-4)的表達，抗原重新刺激后可產(chǎn)生大量腫瘤特異性效應(yīng)細胞[10]；原癌基因c-Myb對于產(chǎn)生和維持CD8+記憶T細胞的干細胞特性至關(guān)重要，其中，c-Myb的反式激活結(jié)構(gòu)域?qū)τ谝种艭D8+T細胞分化是必需的，T細胞因子7(T cell factor 7,TCF-7)編碼轉(zhuǎn)錄因子TCF-1，而c-Myb可作為TCF-7的轉(zhuǎn)錄激活因子來增強記憶發(fā)育，其負調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)域?qū)SCM存活至關(guān)重要。Myb過度表達增強CD8+T細胞記憶形成、多功能性和回憶反應(yīng)，促進過繼轉(zhuǎn)移后的治療性抗腫瘤免疫[11]。

2.2 細胞因子

研究表明，IL-2受體γ對應(yīng)的細胞因子IL-7、IL-15、IL-21刺激均有利于TSCM細胞生成，IL-7是TSCM生成的關(guān)鍵細胞因子，但其擴增依賴IL-15或IL-2。IL-15在支持擴增和維持TSCM表型方面優(yōu)于IL-2，特別是腫瘤生物免疫治療藥物ALT-803的臨床使用，ALT-803是一種新型重組二聚體蛋白復(fù)合物生物制品，以IL-15為基礎(chǔ)進行改良和重組制成[12-13]。IL-21和雷帕霉素同時用于體外培養(yǎng)和維持抗原特異性TSCM，可增強腫瘤的免疫治療[14]。IL-2是一種刺激T細胞增殖的關(guān)鍵性細胞因子，在TSCM形成的過程中，IL-2的水平與早期記憶T細胞的數(shù)量呈負相關(guān)關(guān)系，高水平的IL-2可使早期記憶T細胞總體的生成減少，這是通過減少TCM和增強效應(yīng)因子實現(xiàn)的；因此在T細胞擴增過程中，通過降低IL-2的濃度，即可使早期記憶T細胞數(shù)量增加[15]。

2.3 TCR信號

TCR的重復(fù)刺激誘導(dǎo)產(chǎn)生活化誘導(dǎo)的細胞死亡(AICD)[16]。TCR信號強度影響TSCM產(chǎn)生，TCR水平在初始激活后立即下調(diào)，削弱了TCR信號強度，導(dǎo)致抗原激活T細胞群體中TSCM增多，TCR下調(diào)和TCR信號減弱防止CD8+T細胞在啟動期過度激活，并增強了TSCM的反應(yīng)，同時保護了TEFF使其在效應(yīng)期的衰竭和凋亡減少[17]。TCR下調(diào)可能是保護T細胞免于過度信號傳導(dǎo)[18]。IL-27和TCR單獨刺激都能促進CD4+和CD8+T細胞高表達干細胞標志Sca-1，此外，在IL-27的協(xié)同作用下，TCR刺激促進T細胞的干細胞特性增強，Sca-1持續(xù)高表達[19]。因此，TCR刺激可促進TSCM產(chǎn)生，但長期重復(fù)的TCR刺激不利于TSCM的產(chǎn)生和存活。

2.4 代謝因素

許多代謝因素也會影響TSCM產(chǎn)生。分化程度較低的人循環(huán)CD8+T細胞在體外比分化程度較高的TCM和TEM表現(xiàn)出更強的抗氧化能力，在幼稚T細胞活化期間用抗氧化劑限制活性氧代謝阻礙了終末分化，擴增和產(chǎn)生TSCM[20]?；钚匝跏荰細胞活化信號傳導(dǎo)所必需的，但也會提高細胞死亡的敏感性，微妙的平衡對于確保最佳T細胞功能至關(guān)重要[16]。而N-乙酰半胱氨酸(NAC)能誘導(dǎo)記憶T細胞特有的轉(zhuǎn)錄和代謝程序，誘導(dǎo)生成的CD8+TSCM中的代謝重編程，并通過多種方式發(fā)揮其抗氧化作用[20]。因此，抗氧化作用可阻礙活性氧代謝，進而促進TSCM產(chǎn)生。

2.5 其他因素

Suv39h1在效應(yīng)體CD8+T細胞終末分化過程中通過H3K9me3標記染色質(zhì)，沉默記憶和干細胞程序，通過在相應(yīng)位點對染色質(zhì)進行H3K9me3修飾，干細胞或記憶基因表達程序的沉默受Suv39h1控制，Suv39h1/H3K9me3將在干細胞或記憶基因上建立表觀遺傳屏障，阻止效應(yīng)因子重新進入記憶細胞，因此，Suv39h1缺陷型CD8+T細胞顯示出持續(xù)的生存能力[21]。組蛋白甲基化酶通過甲基化修飾組蛋白基因，抑制相應(yīng)的基因表達，從而影響細胞的表面標志。

3 TSCM參與疾病的發(fā)生發(fā)展

TSCM作為重要的免疫記憶細胞，初次免疫后不斷自我更新以維持免疫記憶，二次抗原刺激時因其多能性分化為TEFF發(fā)揮免疫功能。TSCM、TCM、TEM的記憶能力遞減而效應(yīng)能力遞增，在健康個體內(nèi)動態(tài)變化以應(yīng)對所處環(huán)境的抗原變化，最終維持機體健康。分析疾病過程中TSCM、TCM、TEM的動態(tài)變化可以進一步揭示T細胞在疾病中的作用[5]。

3.1 人類免疫缺陷病毒

在未經(jīng)治療的HIV-1感染患者的CD4+TSCM中很容易檢測到HIV-1 RNA,CD4+TSCM對HIV-1感染相關(guān)的細胞病變效應(yīng)不敏感，且其細胞內(nèi)在性HIV-1限制因子三結(jié)構(gòu)域蛋白5α(TRIM5α)、載脂蛋白B mRNA編輯酶催化多肽樣3G(APOBEC3G)和樹突狀細胞衍生的干擾素γ誘導(dǎo)蛋白(SAMHD1)的表達水平降低。HIV-1感染CD4+TSCM后，利用了TSCM的長期生存性在體內(nèi)長期持續(xù)存在[7]。僅次于TSCM，TCM也可以作為HIV-1的長期儲存庫。同時，HIV感染幾年后從CD4+TSCM分離的病毒序列，CD4+TCM、TEM中也可分離出相同的病毒序列，證明了病毒序列可隨TSCM分化傳遞[7]。TSCM亞庫具有極大的穩(wěn)定性，其大小與艾滋病抗逆轉(zhuǎn)錄病毒治療(ART)開始前累積的血漿病毒暴露量直接相關(guān)，強調(diào)了早期啟動有效ART的重要性[22]。

3.2 腫瘤

在腫瘤免疫應(yīng)答過程中Wnt信號通路活化促進CD44lowCD62LhighSca-1highCD122highBcl-2high表型CD8+記憶干細胞的產(chǎn)生，其增殖和抗腫瘤能力超過TCM和TEM亞群，具有優(yōu)異的抗腫瘤特性[6]。在長期暴露于特定的腫瘤抗原后，TSCM會增殖生成一個定型的記憶和效應(yīng)T細胞池[23]。其中，擁有記憶表型的TSCM和TCM的比例顯著升高，而更具效應(yīng)殺傷能力的TEM以及TEFF的比例顯著降低[23-24]。這可能與腫瘤微環(huán)境相關(guān)。有研究表明在腫瘤微環(huán)境中T細胞被誘導(dǎo)分化為喪失功能或功能降低的衰竭型T細胞(exhausted T cell，TEX)，免疫反應(yīng)從炎癥狀態(tài)變?yōu)橐种茽顟B(tài)。同時，機體為了適應(yīng)長期的炎癥環(huán)境，誘導(dǎo)生成更多記憶T細胞以發(fā)揮更長期的抗腫瘤作用[25]。然而這帶來的問題是腫瘤細胞難以被殺傷并長期存在，使得腫瘤患者病情長期無法緩解甚至惡化。成人T細胞白血病(ALT)是由人T細胞白血病1型病毒(HTLV-1)引起的一種外周CD4+T細胞腫瘤，TSCM被認為是能夠重建相同ALT克隆的頂端細胞群，TSCM可作為克隆進化的場所和ALT細胞的儲庫，因此，根除ALT-TSCM細胞可能是治療ALT的一個有效策略[26]。在非小細胞肺癌患者中，CD4+TSCM的分布范圍擴大、功能也增強，非小細胞肺癌患者血液中的CD4+TSCM多于健康者，其血液中的CD4+和CD8+TSCM少于淋巴結(jié)中的CD4+和CD8+TSCM；用絲裂原刺激外周血單核細胞后，非小細胞肺癌患者血液中的CD4+和CD8+TSCM產(chǎn)生的INF-γ比健康者中產(chǎn)生的顯著增多，同時，血液中產(chǎn)生INF-γ的TSCM多于淋巴結(jié)中的TSCM[27]。

3.3 自身免疫性疾病

TSCM與許多自身免疫性疾病有關(guān)。系統(tǒng)性紅斑狼瘡(SLE)患者體內(nèi)T細胞中TSCM所占百分比明顯增高，TSCM自我更新并分化為TCM和TEM亞群，因此造成機體長期的自我殺傷。同時，TSCM也可分化為濾泡輔助T(Tfh)細胞，促進自體B細胞產(chǎn)生的抗體增加，TSCM通過維持Tfh細胞促進SLE發(fā)病[28]。1型糖尿病患者存在自身反應(yīng)型TSCM，TSCM通過抑制葡萄糖代謝作為靶點[29]；氧化型低密度脂蛋白(ox-LDL)可以誘導(dǎo)CD8+TSCM形成，抑制有長效殺傷作用的效應(yīng)性和記憶性CD8+T細胞形成，以阻止胰島β細胞自身免疫損傷的發(fā)生[30]。

4 TSCM的應(yīng)用

4.1 預(yù)防性疫苗的制備

預(yù)防性疫苗是利用無毒或減毒的病原微生物成分，人工誘導(dǎo)機體形成免疫記憶性細胞，當(dāng)機體再次暴露于高毒性的病原體時能快速產(chǎn)生應(yīng)答，短時高效地清除病原微生物。TSCM因為其長效性及抗原敏感性，成為多種疫苗設(shè)計時的選擇。黃熱病疫苗YF-17D疫苗誘導(dǎo)產(chǎn)生針對黃熱病毒的TSCM，已被證明能成功地發(fā)揮免疫預(yù)防作用[31]。在艾滋病試驗性疫苗RV144的后期優(yōu)化中，設(shè)計了促進體內(nèi)TSCM比例提升的優(yōu)化方案[32]。

4.2 腫瘤免疫治療

4.2.1 過繼性T細胞治療 過繼性T細胞治療是一種有效的癌癥免疫治療策略，但因注入的T細胞生存期較短，加上腫瘤微環(huán)境作用，經(jīng)常造成過繼性T細胞功能衰竭，快速凋亡，無法發(fā)揮長期抗瘤效果。腫瘤抗原特異性TSCM過繼轉(zhuǎn)移有望克服這一缺點。在人源化Epstein-Barr(EB)病毒轉(zhuǎn)化的腫瘤小鼠模型中，EB病毒特異性TSCM過繼轉(zhuǎn)移后表現(xiàn)出比常規(guī)激活的T細胞更強更持久的抗腫瘤潛能[33]。具有TSCM特點的過繼性T細胞在小鼠肝癌模型中也發(fā)揮了極強的持續(xù)增殖分化殺傷腫瘤的作用[17]。此外，嵌合抗原受體型T細胞(CAR-T)被認為是最有前景的腫瘤治療方式之一。然而，CAR-T在體內(nèi)的存活時間是一個重要的不利因素[34]。CAR-T的TSCM化有利于持續(xù)發(fā)揮作用。近年來，通過IL-15、IL-21等異二聚體化的細胞因子構(gòu)建入CAR質(zhì)粒，誘導(dǎo)出了具有TSCM表型CD62L+CD45RA+CCR7+的CAR-T，其PD-1表達明顯降低，抗凋亡能力增強，在極少抗原刺激下增殖能力增強，開辟了一條可以改善未來過繼性T細胞療法的途徑[35]。

4.2.2 多肽類腫瘤疫苗 通過對腫瘤抗原多肽的優(yōu)化，可促進產(chǎn)生腫瘤抗原特異性TSCM，從而持續(xù)發(fā)揮抗腫瘤作用[17]。在肝癌小鼠模型中，通過甲胎蛋白多肽的優(yōu)化，誘導(dǎo)出的TSCM具有持續(xù)長久的抗肝癌效果。注射肽/CpG-B/弗氏不完全佐劑(IFA)疫苗可誘導(dǎo)強大的效應(yīng)細胞和TSCM。上述結(jié)果支持進一步開發(fā)基于CpG-B的癌癥疫苗，且CpG-B既可以單獨應(yīng)用于癌癥疫苗，又可以作為聯(lián)合治療的特定組成部分應(yīng)用于癌癥疫苗[36]。

5 結(jié)語

TSCM作為目前發(fā)現(xiàn)的具有強大的自我更新、增殖分化能力的特異性T細胞，在多種疾病的發(fā)生、發(fā)展中都起著重要的作用。利用TSCM的長效性和抗原敏感性可制備感染性疫苗，誘導(dǎo)CAR-T的TSCM化可改善過繼T細胞療法，通過優(yōu)化腫瘤抗原多肽可促進腫瘤抗原特異性TSCM產(chǎn)生。同時，通過減少自身反應(yīng)性TSCM的產(chǎn)生，降低自身免疫病的發(fā)生發(fā)展，都可能是當(dāng)前研究的重點方向。隨著對T細胞分化發(fā)育認識的深入，以及單細胞測序技術(shù)、組學(xué)技術(shù)、基因編輯技術(shù)等新理論新技術(shù)的發(fā)展，TSCM的研究將更加深入。