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组织特异调节性T细胞--组织稳态维护者

 生物_医药_科研 2019-07-12

日本东京大都会老年医学研究所免疫病理学系的 Masanao Asano等,1995年,1996年先后在JI和JEM上发表文章,分离到CD4+ CD25+抑制性T细胞。这一群细胞在之后的基础免疫学,自身免疫性疾病,肿瘤的研究中大放异彩。其表达的核心抑制因子CTLA-4也是最热门的抗体药物研发靶点。对于调节性T细胞更加全面深刻的认识,对于疾病研究,药物开发等都至关重要

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调节性T细胞发育简述

在胸腺发育过程中,绝大多数T细胞通过阴性选择而被清除,而少数T细胞分化为Treg细胞。因此,胸腺Treg(TTreg)细胞具有识别与传统T细胞部分重叠的自身抗原的TCR库(Itoh等人,1999年;Jordan等人,2001年)。由胸腺髓质细胞表达的转录因子Aire,允许正常组织限制性抗原的表达,并将其呈递给发育中的T细胞(Anderson等人,2002年)。Aire功能的丧失导致本应成为Treg细胞,变为自身反应克隆,并导致它们作为致病性常规T(Tconv)细胞逃逸到周围,从而产生广泛的自身免疫性疾病(Malchow等人,2016)。

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调节性T细胞功能及抑制性因子

Foxp3+Treg细胞的主要特征是它们的组成性高表达CD25(IL-2受体α链),和β和γ链形成高亲和力的白细胞介素-2(IL-2)受体,此外还表达共同抑制分子CTLA-4

CTLA-4是一个关键Treg抑制性分子,在后期,CTLA-4水平逐渐降低,其他抑制分子如LAG3IL-10增加来弥补。(Paterson等,2015)。

CTLA-4识别APC细胞表面的CD80和CD86,从而阻断了Tconv细胞和APC之间的共刺激通路。阻断应答性T细胞对共刺激信号的应答,其命运受到Treg抑制功能的调节,这取决于应答性T细胞的共刺激信号减少程度和TCR亲和力。表达抗原高亲和力TCRs的T细胞在不加共刺激的情况下死亡,而中亲和力TCR的T细胞进入休眠,而TCR亲和力较低的T细胞则处于静止状态存活。

因此,Treg细胞能够控制自身反应性T细胞的命运和存活,从而诱导长期的抑制和耐受。Foxp 3+ Treg细胞还利用多种抑制分子发挥抑制作用,包括IL-10、TGF-β,IL-35、TIGIT、CD 39和CD 73,其中许多都有助于抑制自身免疫。

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调节性T细胞谱系稳定性和功能适应性

Treg细胞需要功能稳定性和适应性来控制炎症。当考虑Treg稳定性时,需要区分Treg身份标签的丢失(谱系不稳定)和维持主要的抑制功能的同时,开始具有部分效应细胞表型。一种可能的解释是,有一部分Foxp 3+Treg细胞仅短暂表达Foxp 3,缺乏Treg细胞完整的表观遗传程序。这些不稳定细胞转化为ex-Foxp3细胞。

除了直截了当的谱系不稳定外,Treg细胞还表现出功能适应性。目前有大量证据表明Treg细胞表现出效应细胞的表型,如转录因子和趋化因子受体的表达,这些受体通常与Th1、Th17和Tfh相关。表达IRF4和GATA3的Th2样Treg细胞也被提出,但这些转录因子可能在调控所有效应Treg细胞中发挥更广泛的作用,而不局限于特异性地反映Th2表型。

每一种Th样表型的Treg细胞都可以使它们到达特定类型炎症的部位,并抑制相应的T效应细胞。

表观遗传因素对Treg细胞系的稳定性起着关键作用。它们的作用是抑制Treg细胞向致病性T细胞的完全转化,但并不能完全阻止某些特性,如炎症细胞因子的低水平产生。

抑制IL-12Rβ2启动子,削弱了Treg对IL-12的反应性,迫使它们进入失败的Th1发育通路,表达T-bet和CXCR3的,但IFN-γ的表达减少。Treg转录因子网络减弱炎症因子的产生。调节性T细胞表达细胞因子信号通路抑制因子1(Suppressor of cytokine signaling 1 (SOCS1)),损害STAT1和STAT3信号通路,减少IFN-γ和IL-17,而FOXP3结合并抑制效应细胞因子产生基因。转录因子BLIMP1对于效应Treg功能很重要,还通过结合到IL-17基因座并诱导抑制组蛋白修饰,减少它们的I17的表达。

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调节性T细胞表型及异质性

尽管FOXP3作为Treg的经典marker将不同种类的Treg归在一起,但是Treg其实在基因表达谱和表型是一个异质性非常大的群体,有些细胞表型类似于Tconv(Mason et al.,2015; Miyara et al., 2009).所以FOXP3是Treg一个高特异性Marker,但不是Treg绝对表达的marker,因而对于Treg异质性的理解,对于自身免疫性疾病和肿瘤的临床治疗非常重要。

对于Treg了解的关键障碍是准确的识别。在小鼠,FOXP3是绝对表达与Treg,可以有效区分Treg和Tconv细胞,但是在人,很多Tconv细胞弱表达FOXP3,因而无法以此作为绝对特异性的marker(以小鼠作为模型时,需要考虑和人体实际情况的差别)。
Treg和Tconv细胞另外一个区别是,对于细胞因子信号,Treg需要IL-2的信号,而Tconv需要IL-7的信号。
Treg另外一个重要的marker是CD25(IL-2 Rα),和FOXP3在Treg共表达。但CD25也低水平表达与活化的Tconv细胞,所以单独也无法作为特异性marker。
此外Treg弱表达IL-7受体CD127,所以通过CD25和CD127可以将CD25-/+CD127hi Tconv  CD25+CD127lo Treg区分开,然而还是有一群活化的Tconv细胞表达CD25+CD127lo。所以仍然需要寻找更特异性的marker区分Treg和Tconv细胞。

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组织特异性的Treg及其不同功能

除了维持免疫系统的稳态,Treg也定居于健康组织。这些Treg可能有除了抑制的抑制炎症的功能外,可能还有很多其他的功能。

比如寄居于骨骼肌的Treg在肌肉损伤后会增加,除了抑制验证外,还可以分泌生长因子amphiregulin等,促进肌肉卫星细胞的再生以及肌肉修复

在流感感染过程中,这种修复能力对于肺组织修复也非常重要,如果没有amphiregulin,肺损伤将会比较严重。

在脂肪组织,Treg表达脂肪细胞分化相关转录因子PPARγ,控制脂肪组织炎症,减少Treg将会威胁代谢的一些参数,如胰岛素敏感性。

Treg存在于头发毛囊,产生notch ligand Jagged1,促进毛囊干细胞的分化和增殖

肠粘膜,也发现了多种Treg,例如GATA3+Helios+ colonic Treg cells,被认为是胸腺起源,对组织损伤产生的alarmin IL-33有反应,使他们能够限制结肠炎期间的组织损伤。Il-33受体st2的表达似乎是跨多个组织Treg细胞亚型的共同特征,表明IL-33-st2轴对组织Treg细胞的控制至关重要。与GATA 3 Helios结肠Treg细胞不同,RORrT+ Helios-Treg细胞是由肠道微生物引起的ptreg细胞。Treg细胞RORrT失表达导致严重的肠道炎症。另一种被发现集中在小肠上端的RORrT -helios-treg细胞主要由食物抗原诱导,其作用是防止对食物抗原的过敏反应。

这些发现说明了广泛的Treg功能及其对通过控制炎症和组织修复来维持组织稳态的显著适应性。

主要参考文献:

Sakaguchi,. J. Immunol,1995
Suri-Payer, J. Immunol,1995
Masanao Asano,JEM,1996

Immunity 50, February 19, 2019

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