TCR信号与T细胞耗竭

T细胞耗竭受多因素影响，是多种状态叠加的结果，表现为效应功能和增殖能力降低、免疫检查点受体表达。(T细胞耗竭，三类免疫细胞耗竭表型异同）。

CD8+T细胞通过TCR接触抗原时，效应功能相关基因Prf1、Gzmb被去甲基化，并获得染色质可及性改变(转录和翻译时的染色质开放程度)，同时初始表型(naive)相关基因被抑制。

如TCR在抗原持续刺激，CD8+T细胞会逐渐转变为耗竭T细胞(Tex)。调控耗竭的基因保守性非常高，表观遗传调控(包括转录因子、组蛋白修饰、DNA甲基化、染色质可及性发生改变)扮演核心角色。

TCR信号塑造

Tex细胞表观遗传特征

T细胞耗竭是一种进行性状态，随着接触抗原的时间和强度的增加，效应功能和增殖能力逐渐降低。

1. 耗竭程度随抗原接触时间加重

在慢性抗原接触早期，T细胞向Tex祖细胞转化，并会在持续的抗原刺激下继续转化为其他两种Tex细胞亚群。

对LCMV感染的Tex细胞进行的ATAC-seq分析表明，每种Tex细胞亚群表达d 不同转录因子基序，可能是Tex各状态转化的基础。

耗竭初期的Tex祖细胞：

TCF-1、BACH2活性增强。

具有接触抗原后产生增殖和自我更新的能力，

耗竭中期的暂时性Tex细胞：

富含 转录因子 T-bet 、 RUNX 基序。

表达PD-1、CX3CR1，具有显著的增殖和效应功能

耗竭晚期的终末Tex细胞：

富含转录因子   NR4A 、Eome   基序。     

表达PD-1、TIM3、LAG3、CD38、CD39和CD101多种耗竭标志物，表现出严重的功能缺陷。

将初始T细胞转移到TME不同时间后再移出，处于早期的Tex细胞可以恢复功能，且获得的表观遗传修饰可逆，而终末期Tex细胞则不能。

2. 耗竭随TCR强度加重

构建不同亲和力TCR的肿瘤浸润淋巴细胞(TIL-N4、F6、D4)，在接触抗原一段时间后TCR亲和力较高的T细胞会转化为终末Tex细胞，效应功能降低；而亲和力较弱的则转化为过渡Tex，相比终末期Tex仍具有一定的效应功能。

亲和力：N4>F6>D4

同时伴有相当多的基因差异表达：

J Exp Med. 2022 Feb 7;219(2):e20201966.

功能障碍、耗竭相关转录因子表达上调：

TOX 、 Mafb 、 Tcf4 、  Etv1

分化相关转录因子表达下调：

Tcf7(TCF1) 、 Runx1 、 Klf2 、 Stab6

TOX

Tex的关键转录因子

通过对肿瘤基因差异表达分析中发现，与Teff和Tmem细胞相比，Tex中转录因子TOX的表达差异最大，而且其染色质可及性增加。

Nature. 2019 Jul;571(7764):211-218. fig2

通过诱导Tex的转录程序，导致多种抑制性受体和耗竭相关基因表达增加，Teme表型基因被沉默。

Nature. 2019 Jul;571(7764):211-218. fig5

并且在移除抗原刺激后TOX的表达未来能完全逆转：

Tex和移除抗原的REC-Tex细胞中TOX呈现高表达Nat Immunol. 2021 Aug;22(8):1008-1019.

表观遗传改变具有持久性

Tex的表观遗传改变具有相当高的稳定性，这种改变是一个持久的“伤痕”。

即使在使用PD-1阻断剂或在消除抗原刺激后，Tex只能恢复部分功能，T细胞的功能受损仍持续存在，甚至在接触到新抗原刺激后受损程度加重。

使用PD-1抑制剂后细胞毒性物质分泌仍减少Science. 2016 Dec 2;354(6316):1160-1165.

相较于记忆T细胞，REC-Tex细胞毒性作用仍有所降低Nat Immunol. 2021 Aug;22(8):1008-1019.

ATAC-seq分析显示在去除抗原刺激的REC-Tex细胞中开放染色质区域的改变并未完全恢复，仍与Tex细胞高度相似。

开放染色质区域(OCR)Nat Immunol. 2021 Aug;22(8):1008-1019.

Tex的表观遗传改变部分由DNMT3A介导，虽不受PD-1阻断剂影响，但PD-1阻断剂与DNMT3A抑制剂联用却能改善Tex细胞增殖能力。

同时，DNMT3A敲除的CAR-T表现出一定的抗肿瘤效应。

基于表观遗传调控，DNMT3A应该会是是CAR-T肿瘤治疗的很有希望的靶点。

临床应用

通过CRISPR-CAS9技术、单细胞或多基因组图谱方法，能够表征免疫细胞功能和T细胞耗竭时的表观遗传改变。

通过靶向表观遗传高通量技术进行基因组工程靶点筛选，结合细胞和基因层面的工程化技术对T细胞进行改造将会是未来临床药物研发的趋势。特别是在TCR-T和CAR-T的细胞治疗领域，对患者的个体化分析能够为其量身定做工程T细胞，极大改善个性化治疗的效果。

小结

T细胞发生耗竭时有多种表观遗传层面的改变，部分改变具有持久性，很难以单一变化作为针对T细胞耗竭的治疗手段。但在多种新兴技术的联合使用有望推动从表观遗传层面对肿瘤治疗的进展。

参考资料

1. Shakiba M et al. TCR signal strength defines distinct mechanisms of T cell dysfunction and cancer evasion. J Exp Med. 2022 Feb 7;219(2):e20201966. 

2. Beltra JC et al. Developmental Relationships of Four Exhausted CD8+ T Cell Subsets Reveals Underlying Transcriptional and Epigenetic Landscape Control Mechanisms. Immunity. 2020 May 19;52(5):825-841.e8. 

3. Yao C et al. BACH2 enforces the transcriptional and epigenetic programs of stem-like CD8+ T cells. Nat Immunol. 2021 Mar;22(3):370-380.

4. Utzschneider DT et al. Early precursor T cells establish and propagate T cell exhaustion in chronic infection. Nat Immunol. 2020 Oct;21(10):1256-1266.

5. Khan O et al. TOX transcriptionally and epigenetically programs CD8+ T cell exhaustion. Nature. 2019 Jul;571(7764):211-218.

6. Pauken KE et al. Epigenetic stability of exhausted T cells limits durability of reinvigoration by PD-1 blockade. Science. 2016 Dec 2;354(6316):1160-1165.

7. Abdel-Hakeem MS et al. Epigenetic scarring of exhausted T cells hinders memory differentiation upon eliminating chronic antigenic stimulation. Nat Immunol. 2021 Aug;22(8):1008-1019.

来源： 闲谈 Immunology 2022-08-29