Nature子刊：做免疫細胞好難，太拼“老”得快！科學家找到新方法，有望助其“重獲新生”

來源：生物探索作者：人氣：-發表時間：2021-08-11 09:25:00【大中小】

在對抗各類疾病的過程中，人體內的T細胞可謂貢獻巨大。通常情況下，急性感染和疫苗接種后，初始T細胞被抗原、共刺激和炎癥激活，以指數方式增殖向效應 T 細胞和記憶 T 細胞分化。其中，記憶性CD8 T細胞（TMEM）可以長期存活，在沒有抗原的情況下可以通過穩態細胞因子、IL-7和IL-15進行自我更新，并在再次感染時，產生強大的次級效應T細胞（TEFF）應答。

然而，在癌癥和慢性病毒感染中，長期暴露抗原使得CD8 T 細胞受到持續刺激，精疲力竭的 T 細胞逐漸失去效應功能，記憶T細胞特征也開始缺失，這不僅導致了抑制性受體（IRs）的高表達，還改變了T細胞的表觀遺傳與代謝方式，此過程被稱為“T細胞耗竭”。這一現象會讓患有癌癥和慢性疾病的病人產生免疫功能障礙，一旦出現病癥復發，便無力應對。

如今，科學界對“T細胞耗竭”過程與運作機制有了更加清晰的認知，但仍有很多懸而未決的問題，比如，這些被“耗盡”的T細胞（TEX）的轉錄與表觀遺傳程序是否會隨著慢性病的解決而發生改變？同時，應該如何逆轉這一耗竭過程？

近日，賓夕法尼亞大學研究團隊在 Nature Immunology 發布關于T細胞耗竭的最新研究，題目為“ Epigenetic scarring of exhausted T cells hinders memory differentiation upon eliminating chronic antigenic stimulation ”。

研究指出，TEX是成熟CD8 T細胞的一種獨特狀態或分化分支，在去除慢性抗原暴露后，僅有一小部分TEX能夠存活并重新恢復微小的TMEM表型和轉錄特征，這意味著，這些“恢復性”TEX（REC-TEX）在很大程度上仍然保留了TEX的表觀遺傳特性，在再次激發感染時，REC-TEX依然高度受損，無法為人體提供應有的免疫保護。

https://doi.org/10.1038/s41590-021-00975-5

這項研究使用了典型的“T細胞耗竭”小鼠模型——慢性淋巴細胞性脈絡膜腦膜炎病毒感染（LCMV）模型進行了研究。首先，研究人員在小鼠模型中使用過繼轉移方法來剖析TEX的機制和分化，他們在感染了4周的LCMV小鼠脾臟中分離出了CD8-TEX細胞，并轉移到無感染受體的小鼠體內，同時，將相同數量的抗原特異性TMEM細胞轉移到匹配的受體小鼠中。

試驗結果顯示，轉移到無感染小鼠體內的TEX表現出混合的TEX和TMEM特征，這表明一些TEX在缺乏抗原的情況下，會從“疲勞”中部分恢復，這些恢復了的TEX將被稱為“恢復性”TEX（REC-TEX），然而，更值得注意的是，大多數REC-TEX在無感染小鼠體內并不能維持很好的免疫功能。

接著，研究人員試圖研究REC-TEX是否也恢復了TMEM的一個關鍵功能特性，即在再次遇到同源抗原時啟動有效回憶反應的能力。結果顯示，與TEX相比，REC-TEX的細胞擴增稍強一些，但是，與TMEM相比，這些REC-TEX的擴增能力要低5倍以上，這表明REC-TEX中發生的任何恢復都無法完全恢復記憶T細胞功能。同時，盡管在REC-TEX衍生的次級TEFF上PD-1快速上調，但在再感染期間，阻斷PD-1通路僅提供適度的益處，絕對細胞數量并沒有增加。這表明，REC-TEX產生的次級TEFF在表型和功能上均受到損害，缺乏免疫力。

REC-TEX在轉錄上與TEX不同，但介于TEX和TMEM之間

隨后，研究人員通過進行轉座酶可及染色質高通量測序研究了REC-TEX的表觀遺傳狀態。經過對開放染色質區域（open chromatin region，OCR）的比較，結果顯示，REC-TEX和TEX之間的差異OCR數量比REC-TEX和TMEM之間的差異OCR數量低約1個數量級（分別為182和1586個OCR）。此外，當REC-TEX與TMEM相比時，在666個OCR中，526個OCR（79%）在TEX中比TMEM更容易獲得，這表明REC-TEX與TMEM OCR圖譜之間的大部分差異是來自TEX的殘余開放染色質特征或衰竭的“疤痕”。

REC-TEX與TMEM的OCR對比

而且，這些“疤痕”也將影響REC-TEX的轉錄回路，盡管研究表明，REC-TEX的轉錄和蛋白質表達模式向TMEM樣模式轉變，但由OCR檢測的反饋來看，REC-TEX的潛在細胞特性以及未來潛在功能將仍然保持TEX模式。同時，REC-TEX的效應器基因可及性模式相對不靈活，也可能會限制效應器程序在再次感染時的重新參與。因此，在綜合了轉錄和表觀遺傳學的分析后，研究人員指出，消除抗原刺激后，TEX功能的不完全恢復，主要是由于缺乏表觀遺傳可塑性和未能重新獲得允許核心轉錄TMEM和TEFF回路的表觀遺傳圖譜。

總的來說，該項研究強調了更全面理解TEX表觀遺傳可塑性的必要性，也指出了在慢性病治愈后提高免疫力的機會。將免疫療法與表觀遺傳療法相結合，以提高持續免疫記憶的質量和持久性，將是未來一個有趣的研究方向。此外，這些發現將為如何評估和提升慢性感染和癌癥治愈后CD8 T細胞持久免疫的形成提供了見解。