T细胞肿瘤免疫疗法的进展：从基本机制到临床前景（上）

T细胞及其T细胞受体（TCRs）在适应性免疫系统对抗病原体和肿瘤的过程中发挥着关键作用。然而，随着年龄增长，T细胞功能和数量的下降（即免疫衰老）显著削弱了抗肿瘤免疫力。近年来，由于对T细胞生物学的深入理解和创新筛选技术的发展，基于T细胞的癌症治疗取得了显著进展。这里，天津医科大学团队全面探讨了T细胞成熟机制、T细胞介导的抗肿瘤反应以及胸腺退化对T细胞多样性和癌症预后的影响。还讨论了过继性T细胞疗法的最新进展，包括TIL疗法、TCR-T疗法和CAR-T疗法。重点介绍了用于高通量筛选TCR-抗原相互作用的新兴DNA编码文库技术，这些技术正在革新新肿瘤抗原的发现和优化TCR亲和力的方法。还探讨了克服实体瘤微环境挑战的策略以及增强T细胞治疗效果的新方法。随着对T细胞生物学理解的加深和筛选技术的进步，基于T细胞的免疫疗法为更广泛的患者群体带来持久临床获益的前景日益明朗。

肿瘤细胞虽然起源于正常细胞，但由于其独特的生化组成、抗原特征和异常的生物学行为，理论上可以与非恶性细胞区分开来。然而，这些细胞利用其固有的基因组不稳定性（这是快速增殖和DNA修复机制受损的结果）以及免疫系统施加的选择压力，发展出复杂的免疫逃逸策略。肿瘤细胞主要通过两类机制规避免疫监视。第一类涉及肿瘤细胞本身的内在改变，包括：下调肿瘤相关抗原（TAA）的表达，降低其对T细胞的可见性；通过突变产生免疫原性较差的新抗原，从而削弱免疫反应的效力；修饰或阻断抗原处理和呈递途径，阻碍免疫细胞的激活；以及减少对T细胞识别靶细胞抗原至关重要的MHC分子的表达，从而逃避免疫检测。第二类涉及对肿瘤微环境（TME）会影响肿瘤相关巨噬细胞（TAMs），这些巨噬细胞在正常情况下可能会清除肿瘤细胞，但在TME中往往表现出免疫抑制表型。研究显示，调节性T细胞可以利用TME中的乳酸来维持其抑制特性，并增强其他耐受性细胞类型的抑制功能，比如TAMs。此外，肿瘤细胞能够损伤或改变DC细胞的功能，而DC是T细胞活化的重要参与者，从而削弱抗肿瘤免疫反应。

健康成年人拥有复杂的代偿机制来维持其T细胞群体，而不仅仅依赖于胸腺的输出。虽然青春期后胸腺活性会下降，并在成年早期持续减弱，但并不会完全停止。相反，外周的稳态增殖使现有的T细胞得以扩增，从而维持整体T细胞数量。然而，随着个体年龄增长和整体健康状况下降，T细胞功能逐渐衰退。这种衰退表现为T细胞受体库的多样性减少。TCR多样性的缩小削弱了免疫系统对病原体的识别能力，导致能够识别广泛抗原配体的抗原受体池减少。T细胞多样性和功能的这种与年龄相关的下降，可能增加对多种免疫相关疾病（包括癌症和感染性疾病）的易感性。

自从T细胞被发现以来，人们开发了多种策略来利用其潜力治疗免疫相关疾病，其中过继性细胞转移疗法（ACT）成为最有前景的方法之一。尽管工程化T细胞疗法在血液系统恶性肿瘤中显示出显著的疗效，但在实体瘤中的成功却较为有限，这仍然是研究人员和临床医生面临的持续挑战。该领域的一个重要障碍是识别高度特异性的新型肿瘤抗原，这些抗原可以作为有效的治疗靶点。因此，大量的研究工作集中在开发更高效、更稳健的方法，以分析特定TCR与抗原配体之间的相互作用。这些研究旨在发现新的、高度特异性的抗原靶点，并优化ACT治疗方案，从而可能扩大基于T细胞的疗法在更多癌症类型中的适用性和疗效。

这里总结了T细胞生物学和TCR研究的最新进展，特别强调了其对癌症免疫治疗的意义。探讨了T细胞与肿瘤动态之间的复杂关系，指出了利用T细胞反应进行癌症治疗所面临的挑战与机遇。此外，提出了几种创新的T细胞介导的癌症治疗方法，并评估了它们对未来癌症干预策略的潜在影响。

1. T细胞成熟机制

T细胞前体源自骨髓中的多能造血干细胞，迁移到胸腺以经历一个复杂的成熟过程，该过程与抗原特异性TCR的发育密切相关。这一过程始于胸腺皮质，在此T细胞进行阳性选择。此处，胸腺皮质上皮细胞通过MHC呈递自身肽段。成功与这些自身MHC/肽段复合物结合的T细胞会接收到关键的生存信号，而未能结合的T细胞则通过凋亡被清除。TCR的形成是胸腺内精确调控的基因重组过程。TCR是一种由TCRα链和TCRβ链组成的异二聚体（图1）。TCRβ链包含可变（V）、多样性（D）和连接（J）基因片段，而TCRα链仅包含V和J片段。人类基因组中存在这些基因片段的多样化组合。这些片段的重组，加上连接区域核苷酸的随机添加或删除以及TCRα链和TCRβ链的随机配对，生成了极其多样化的TCR序列库。这种多样性在CDR3中尤为显著，它是这种变异性的直接产物。据估计，人体中TCR的理论多样性范围在10^14到10^19之间，这突显了其对抗原识别的巨大潜力。成功通过阳性选择的T细胞随后迁移到胸腺髓质进行阴性选择。在这里，它们与表达多种自身肽-MHC复合物的髓质胸腺上皮细胞相互作用。与这些复合物结合过强、表明可能存在自身反应性的T细胞会被清除。这一过程对于建立中枢耐受和预防自身免疫至关重要。这些选择过程的最终结果是生成一个循环中的幼稚单阳性（SP）CD4和CD8 T细胞池，这些细胞准备好发挥多样的免疫功能。这些细胞对结合到MHC上的外源性肽表现出低亲和力（KD=10−300μM），同时对自身抗原保持耐受。这种微妙的平衡确保了对异体抗原产生强烈的免疫应答，同时将自身免疫反应降至最低。胸腺产生的T细胞输出是形成高度多样化且自身耐受的T细胞库的关键第一步。个体中所有成熟功能性T细胞的TCR集合被称为TCR库，它具有高度个性化的特点，并与个体特定的免疫能力直接相关。研究表明，人类TCR库的下限约为3.8×10^8，这突显了健康个体中T细胞应答的广泛多样性。

图1. T细胞成熟机制。展示了T细胞从骨髓前体到成熟T细胞的关键发育阶段。这一过程始于骨髓中的共同淋巴祖细胞，这些细胞迁移到胸腺。在胸腺皮质中，这些细胞经历多个发育阶段，从双阴性（DN）转变为双阳性（DP）胸腺细胞，表达CD4和CD8。随后，细胞经历阳性选择，与皮质胸腺上皮细胞相互作用，这些细胞在分子上呈递自身肽段。存活的细胞分化为CD4+或CD8+单阳性（SP）胸腺细胞。这些SP细胞随后迁移到胸腺髓质进行阴性选择，在此过程中，强烈自身反应性的细胞被清除。剩余的细胞作为成熟的幼稚T细胞离开胸腺，准备参与免疫应答。这一严格调控的过程确保生成一个多样化的T细胞库，既能识别外来抗原，又能对自身抗原保持耐受。

2. T细胞的抗癌作用

免疫系统与癌症的相互作用是一个被称为癌症免疫编辑的动态过程，该过程通过三个复杂的阶段展开：消除、平衡和逃逸。T细胞作为适应性免疫系统的关键组成部分，在肿瘤进展的所有阶段中发挥重要作用。在消除阶段，先天性和适应性免疫机制协同作用，识别并清除那些逃脱了内在肿瘤抑制机制的转化细胞。如果成功，这一阶段将结束免疫编辑过程。然而，如果少数肿瘤亚克隆存活下来，它们将进入平衡阶段。在此阶段，适应性免疫系统，主要是T细胞，会塑造这些存活细胞的免疫原性，导致随时间推移出现受限或停滞的净生长状态。肿瘤细胞的遗传不稳定性，加上适应性免疫系统持续施加的选择压力，可能导致免疫原性较低的肿瘤亚克隆出现。这些变异体有可能逃避免疫识别和杀伤，进而进入逃逸阶段。在这一最终阶段，经过免疫编辑的肿瘤可以不受限制地生长（图2）。

图2. 癌症免疫编辑：消除、平衡、逃逸。癌症免疫编辑三个阶段的示意图。消除：免疫细胞识别并摧毁大部分肿瘤细胞。平衡：幸存的肿瘤细胞受到免疫系统的抑制。逃逸：肿瘤细胞逃避免疫控制并增殖。

免疫逃逸与癌细胞的自我保护机制密切相关。一方面，广受认可的"3C"模型阐明了癌细胞逃避免疫系统识别和攻击的三种基本机制：伪装、胁迫和细胞保护。在伪装策略中，癌细胞通过多种机制避免被免疫系统识别。具体而言，癌细胞通过基因突变或表观遗传修饰下调 MHC 分子表达，从而削弱抗原呈递功能。此外，它们减少如CXCL10等趋化因子的分泌，阻碍免疫细胞浸润。癌细胞还招募肿瘤相关成纤维细胞（CAFs）重塑TME，形成物理屏障以阻止免疫细胞渗透至肿瘤核心。在胁迫机制中，癌细胞主动干扰免疫效应细胞的功能。它们上调包括PD-L1在内的免疫抑制配体表达，抑制T细胞活性；分泌如TGF-β等免疫抑制性细胞因子，招募Tregs和髓源性抑制细胞（MDSCs），从而抑制抗肿瘤免疫反应；同时抑制损伤相关分子模式（DAMP）信号的释放，降低免疫细胞对其的识别和攻击能力。在细胞保护机制中，癌细胞激活防御机制以抵抗免疫细胞的杀伤作用。它们通过增加谷胱甘肽和超氧化物歧化酶的合成来增强抗氧化能力，中和免疫细胞产生的活性氧（ROS）和活性氮（RNS）。此外，癌细胞激活抗凋亡通路，包括涉及 Bcl-2 家族蛋白的通路，并促进自噬以抵抗免疫细胞介导的细胞毒性作用。这些多层次的保护机制使癌细胞能够在免疫系统识别和攻击的情况下依然持续存在。

免疫逃逸机制也与T细胞功能障碍密切相关（图2）。调节性T细胞可由常规T细胞诱导产生，在肿瘤免疫逃逸中起着关键作用。这些细胞具有强大的免疫抑制功能，能够有效削弱抗肿瘤免疫反应并促进肿瘤发展。TME中效应T细胞与Tregs之间的平衡是决定整体抗肿瘤免疫反应的关键因素。

T细胞表面的不同受体展现出各自独特的功能角色。例如，细胞毒性T细胞上的受体能够帮助清除感染或异常细胞，而调节性T细胞上的受体则介导免疫抑制功能。T细胞反应的特异性主要由其受体决定。大约95%的T细胞表达由α链和β链组成的受体，而剩下的5%为γδ T细胞，其受体由γ链和δ链构成。αβ型受体是一种异二聚体蛋白，包含α链和β链。每条链都由可变区（V）和恒定区（C）、靠近膜的连接肽（CP）、跨膜区（TM）以及一个短的胞质尾组成。尽管受体本身没有信号传导域，但它通过非共价键与CD3复合物（由CD3εγ、CD3εδ和CD3ζζ二聚体组成）结合，后者负责启动和传播受体信号传导通路（图3）。αβ型受体与pMHC复合物之间的相互作用会触发一系列信号传导，导致T细胞活化、细胞因子释放，并且在细胞毒性T细胞的情况下，还会引发靶细胞裂解。MHC分子是高度多态性的糖蛋白，能够在带电荷的结合槽内与肽段结合。I类和II类MHC分子在肽段结合特性上有所不同：I类MHC通常结合较短的肽段（8−13个残基），而II类MHC则容纳更长的肽段（>15个残基）。pMHC复合物主要在抗原呈递细胞的内质网或内体腔室中形成，随后被转运到细胞表面以供T细胞识别。

图3. αβTCR-CD3复合物的结构示意图。

结构研究表明，TCR的可变区直接与肽段的暴露残基以及MHC表面的沟槽相互作用，使TCR-pMHC界面以保守的对角线方向定位。这种排列方式使得TCR中最可变的区域（CDR3α和CDR3β）能够直接与肽段中最具多样性的成分对齐。这种三元的MHC-p-TCR相互作用对MHC编码的抗原呈递分子以及结合在MHC沟槽内的线性肽段抗原表现出高度特异性。当TCR与pMHC结合时，会形成更高阶的聚集物，构成抗原呈递细胞与T细胞之间的免疫突触。T细胞活化是一个复杂的过程，涉及多种共刺激受体、黏附分子和辅助膜结合蛋白，由TCR介导的信号转导协调完成（图4）。

图4. TCR介导的信号转导。展示了CD8+ T细胞在与靶细胞相互作用时的TCR信号传导过程。主要组分包括：与靶细胞上的肽-MHC复合物相互作用的TCR-CD3复合体；CD8共受体；CD45蛋白酪氨酸磷酸酶；CD28共刺激受体；Lck和ZAP70激酶；LAT衔接蛋白；CD3胞质尾中的ITAMs。还显示了下游信号分子（DAG和IP3）及转录因子。箭头表示从细胞膜到细胞核的信号传导流向。

TCR信号的启动和放大依赖于细胞膜内TCR的空间分布，其中包括纳米簇、微簇和免疫突触的形成。TCR纳米簇是由少量TCR分子（通常少于10个）及其相关的信号分子（如CD3、LCK）组成的离散聚集体，直径约为50-70nm。这些纳米簇作为TCR信号传导的初始平台；当TCR与MHC-肽段抗原结合时，位于纳米簇中的TCR-CD3复合体内的ITAMs会发生初步磷酸化，从而触发下游信号传导。

初始激活后，TCR纳米簇合并，并招募更多的下游信号分子和衔接蛋白，特别是ZAP-70，其被激活后进一步磷酸化跨膜衔接蛋白（如LAT）和膜相关支架蛋白上的酪氨酸残基。这些磷酸化事件协调有序的多蛋白信号复合体的组装，最终形成微簇。这些微簇作为信号转导的核心结构，其形成标志着T细胞活化的启动。在此过程中，微簇通过招募和激活下游信号通路来促进信号放大和传递。一个关键的例子是CD8共受体，它通过与MHC分子的非多态性区域相互作用，不仅增强了TCR-MHC-肽抗原复合物的结合稳定性，还促进了LCK激酶的招募和活化，从而加强了TCR信号传导。

在微簇形成后，这些信号复合物通过肌动蛋白细胞骨架的重排和衔接蛋白的招募，不断稳定并转运至T细胞与靶细胞接触界面。随后，微簇及其相关的共刺激分子（如CD28）汇聚并组织形成免疫突触的中央超分子激活簇（cSMAC）。同时，外周SMAC（pSMAC）中的黏附分子维持细胞间接触，而抑制性分子则被隔离到远端SMAC（dSMAC，如CD45），以防止异常信号抑制。这种精确调控的空间组织不仅稳定了突触结构，还促进了信号整合与长期免疫调节。

3. 肿瘤微环境中的T细胞

TME由多样化的细胞和可溶性因子组成，构成了一个复杂的生态系统，是癌症免疫编辑的关键场所。这一特殊环境包含众多免疫抑制因素，对T细胞介导的抗肿瘤免疫构成了重大挑战。免疫抑制环境包括调节性细胞（如Tregs、MDSCs、TAMs和CAFs）、抑制性细胞因子（如TGF-β、IL-10和VEGF）、免疫调节代谢物（如乳酸和腺苷），以及不利的低氧条件（图5）。

图5. TME及其关键免疫抑制成分的示意图，包括多种免疫抑制细胞群体、抑制性细胞因子、免疫调节代谢产物、不利的低氧条件以及异常的肿瘤血管系统。

在TME中，TAMs通常被重新编程为具有免疫抑制功能的M2型TAM。这些转化后的M2型TAM通过分泌IL-10和TGF-β来调控免疫抑制：具体来说，TGF-β抑制T细胞的增殖和分化，而IL-10则减弱APC的活性。此外，TAMs还通过间接机制削弱T细胞的功能，特别是通过调节TME的代谢特征，包括促进腺苷的积累。腺苷通过A2A受体信号通路抑制T细胞的活化。另外，对于naïve T细胞活化及随后分化为效应T细胞至关重要的APCs（如DC），在TME中常常出现功能受损，从而导致T细胞活化不足。

为优化T细胞介导的免疫疗法，研究人员正在积极开发多种TME重编程策略。这些创新方法包括：①通过治疗性手段将具有免疫抑制特性的M2样TAM转化为促炎性M1样巨噬细胞，以增强抗肿瘤免疫。②通过使用TLR激动剂或CD40激动剂战略性地增强DC功能，从而促进T细胞活化和抗肿瘤反应。③靶向小分子抑制剂（包括IDO抑制剂、A2A受体拮抗剂和CSF1R抑制剂），旨在调节TME的代谢环境和免疫抑制细胞活性。④应用免疫刺激性细胞因子（如IL-2、IL-12和IFN-γ）以增强T细胞活化和功能。尽管系统性毒性曾限制其临床应用，但通过开发工程化细胞因子变体（尤其是IL-2突变体）和局部递送系统等创新方法，可降低毒性并最大化疗效。⑤使用溶瘤病毒，其能特异性靶向并裂解肿瘤细胞，从而促进肿瘤抗原释放及后续免疫应答的激活。通过与免疫检查点抑制剂（ICIs）联合使用，进一步增强了治疗效果，提升了T细胞浸润和抗肿瘤活性。

免疫检查点阻断（ICB）是癌症免疫治疗的核心支柱，通过使用ICIs中和免疫抑制信号（特别是PD-1/PD-L1和CTLA-4），重新激活T细胞的抗肿瘤活性。这些治疗药物在多种恶性肿瘤中展现了前所未有的疗效，包括黑色素瘤、非小细胞肺癌和肾细胞癌。然而，其疗效在不同肿瘤类型和患者之间表现出显著的异质性，治疗耐药性成为一个严峻挑战。为此，研究人员正在积极探索在T细胞耗竭和耐受中起关键作用的新免疫检查点。典型例子包括通过抑制T细胞活化和功能促进免疫逃逸的TIGIT和LAG-3，以及通过调节T细胞耐受诱导免疫抑制的VISTA。将ICIs与过继T细胞疗法战略性结合，在克服耐药性和对抗TME免疫抑制方面展现出巨大潜力，最终可增强T细胞功能。

当前的治疗创新越来越注重联合策略，将ICIs与多种治疗方式相结合，例如代谢调节剂、工程化细胞因子变体以及过继细胞疗法，旨在克服耐药性并增强抗肿瘤免疫。这一不断发展的治疗格局凸显了阐明和有效靶向肿瘤微环境中复杂免疫抑制网络的关键重要性，以最大化基于T细胞的治疗疗效。

4. 胸腺退化：对T细胞多样性及癌症易感性的影响

胸腺作为主要的淋巴器官，在T细胞发育中起着至关重要的作用。然而，青春期后胸腺功能开始下降，这一过程称为胸腺退化。这种与年龄相关的退化导致初始T细胞生成减少，已被确认为癌症和感染性疾病的重要风险因素。尽管通过循环T细胞的稳态增殖可以维持T细胞库，但这种代偿机制会导致记忆T细胞比例增加。随着年龄增长，这些记忆T细胞获得终末分化特征，包括共刺激分子如CD28和CD27的丢失，并表现出细胞衰老迹象，如DNA损伤、端粒缩短以及老化相关信号通路的激活。此外，此阶段T细胞的迁移模式也会发生改变。与此同时，TCR库的多样性降低。这些累积的变化导致整体免疫功能下降，使机体更容易患各种疾病，包括自身免疫性疾病和癌症。对切除胸腺个体的研究显示，其结果与年龄相关胸腺退化所观察到的现象类似。这些个体对感染、癌症和自身免疫性疾病的易感性增加。在小鼠模型中的补充研究也表明，切除胸腺的小鼠在初始T细胞和调节性T细胞方面存在缺陷，使其更易感染和肿瘤发生。

Minguet, S.; et al. From TCR fundamental research to innovative chimeric antigen receptor design. Nat. Rev. Immunol 2025, 25 (3), 212−224.

Fu, Y.; et al. Engineering cytokines for cancer immunotherapy: a systematic review. Front Immunol 2023, 14, No. 1218082.

Jiang, Y.; et al. Ligand-induced ubiquitination unleashes LAG3 immune checkpoint function by hindering membrane sequestration of signaling motifs. Cell 2025, 188, 2354.

Laphanuwat, P.; et al. Senescent T cells: Beneficial and detrimental roles. Immunol Rev. 2023, 316 (1), 160−175.

Shah, D. D.; et al. Tumor microenvironment: recent advances in understanding and its role in modulating cancer therapies. Med. Oncol 2025, 42 (4), 117.

Courtney, A. H.; et al. TCR Signaling: Mechanisms of Initiation and Propagation. Trends Biochem. Sci. 2018, 43 (2), 108−123.

Zhang K.; et al. Advances in T Cell-Based Cancer Immunotherapy: From Fundamental Mechanisms to Clinical Prospects. Molecular Pharmaceutics Article ASAP. 2025.

Galassi, C.; et al. The hallmarks of cancer immune evasion. Cancer Cell 2024, 42, 1825.