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. 南方醫科大學第二臨床醫學院，廣東 廣州 510515； 2. 南方醫科大學基礎醫學院，廣東 廣州 510515； 3. 南方醫科大學南方醫院心內科，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)，主要存在于繼發性淋巴器官和骨髓；CD62LhighCCR7low表型的效應記憶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會轉化為效應T細胞(effector T cell, TEFF)，直接發揮功能[1]。2005年，在小鼠移植物抗宿主反應疾病(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生持續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)受抗原刺激發育而來，再逐漸分化為TCM及后續的TEM[2-5]。本綜述針對TSCM的特點，總結其在疾病發生發展中的作用及其臨床應用。

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)，可根據不同的表面標志來區分不同的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答，并在短時間內清除抗原。同時，TSCM具有極高的干細胞特點，主要表現為① 強大的自我更新能力：在IL-15的刺激下, 培養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，可以持續分化為TCM及TEM，發揮長效作用[8]，將TSCM、TCM分別過繼轉移到重度免疫缺陷性小鼠，1個月后TSCM移植組的細胞數比TCM組多10～100倍，證明TSCM比傳統的TCM具有更強的復制和存活能力[5]； ④ 極低量抗原刺激閾值：TSCM在極微量抗原刺激下即可發生免疫應答，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，有多種內外因素發揮作用，包括微環境中的細胞因子、代謝因素等外界因素，TCR信號強度、轉錄因子活化等內在因素。通過內外因素的共同作用，T細胞分化為具有干細胞特性的抗原特異性T細胞。

2.1 轉錄因子

研究表明多個轉錄因子影響TSCM的形成。哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)信號通路抑制，可誘導產生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配體的基質細胞與活化的CD4+和CD8+T細胞共培養，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淋巴細胞相關抗原4(cytotoxic T lymphocyte-associated antigen-4，CTLA-4)的表達，抗原重新刺激后可產生大量腫瘤特異性效應細胞[10]；原癌基因c-Myb對于產生和維持CD8+記憶T細胞的干細胞特性至關重要，其中，c-Myb的反式激活結構域對于抑制CD8+T細胞分化是必需的，T細胞因子7(T cell factor 7,TCF-7)編碼轉錄因子TCF-1，而c-Myb可作為TCF-7的轉錄激活因子來增強記憶發育，其負調節結構域對TSCM存活至關重要。Myb過度表達增強CD8+T細胞記憶形成、多功能性和回憶反應，促進過繼轉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合物生物制品，以IL-15為基礎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細胞的數量呈負相關關系，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和增強效應因子實現的；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細胞數量增加[15]。

2.3 TCR信號

TCR的重復刺激誘導產生活化誘導的細胞死亡(AICD)[16]。TCR信號強度影響TSCM產生，TCR水平在初始激活后立即下調，削弱了TCR信號強度，導致抗原激活T細胞群體中TSCM增多，TCR下調和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，同時保護了TEFF使其在效應期的衰竭和凋亡減少[17]。TCR下調可能是保護T細胞免于過度信號傳導[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的協同作用下，TCR刺激促進T細胞的干細胞特性增強，Sca-1持續高表達[19]。因此，TCR刺激可促進TSCM產生，但長期重復的TCR刺激不利于TSCM的產生和存活。

2.4 代謝因素

許多代謝因素也會影響TSCM產生。分化程度較低的人循環CD8+T細胞在體外比分化程度較高的TCM和TEM表現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，擴增和產生TSCM[20]。活性氧是T細胞活化信號傳導所必需的，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細胞功能至關重要[16]。而N-乙酰半胱氨酸(NAC)能誘導記憶T細胞特有的轉錄和代謝程序，誘導生成的CD8+TSCM中的代謝重編程，并通過多種方式發揮其抗氧化作用[20]。因此，抗氧化作用可阻礙活性氧代謝，進而促進TSCM產生。

2.5 其他因素

Suv39h1在效應體CD8+T細胞終末分化過程中通過H3K9me3標記染色質，沉默記憶和干細胞程序，通過在相應位點對染色質進行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，抑制相應的基因表達，從而影響細胞的表面標志。

3 TSCM參與疾病的發生發展

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發揮免疫功能。TSCM、TCM、TEM的記憶能力遞減而效應能力遞增，在健康個體內動態變化以應對所處環境的抗原變化，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感染相關的細胞病變效應不敏感，且其細胞內在性HIV-1限制因子三結構域蛋白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長期持續存在[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亞庫具有極大的穩定性，其大小與艾滋病抗逆轉錄病毒治療(ART)開始前累積的血漿病毒暴露量直接相關，強調了早期啟動有效ART的重要性[22]。

3.2 腫瘤

在腫瘤免疫應答過程中Wnt信號通路活化促進CD44lowCD62LhighSca-1highCD122highBcl-2high表型CD8+記憶干細胞的產生，其增殖和抗腫瘤能力超過TCM和TEM亞群，具有優異的抗腫瘤特性[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]。這可能與腫瘤微環境相關。有研究表明在腫瘤微環境中T細胞被誘導分化為喪失功能或功能降低的衰竭型T細胞(exhausted T cell，TEX)，免疫反應從炎癥狀態變為抑制狀態。同時，機體為了適應長期的炎癥環境，誘導生成更多記憶T細胞以發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產生的INF-γ比健康者中產生的顯著增多，同時，血液中產生INF-γ的TSCM多于淋巴結中的TSCM[27]。

3.3 自身免疫性疾病

TSCM與許多自身免疫性疾病有關。系統性紅斑狼瘡(SLE)患者體內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細胞產生的抗體增加，TSCM通過維持Tfh細胞促進SLE發病[28]。1型糖尿病患者存在自身反應型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CD8+TSCM形成，抑制有長效殺傷作用的效應性和記憶性CD8+T細胞形成，以阻止胰島β細胞自身免疫損傷的發生[30]。

4 TSCM的應用

4.1 預防性疫苗的制備

預防性疫苗是利用無毒或減毒的病原微生物成分，人工誘導機體形成免疫記憶性細胞，當機體再次暴露于高毒性的病原體時能快速產生應答，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，成為多種疫苗設計時的選擇。黃熱病疫苗YF-17D疫苗誘導產生針對黃熱病毒的TSCM，已被證明能成功地發揮免疫預防作用[31]。在艾滋病試驗性疫苗RV144的后期優化中，設計了促進體內TSCM比例提升的優化方案[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，加上腫瘤微環境作用，經常造成過繼性T細胞功能衰竭，快速凋亡，無法發揮長期抗瘤效果。腫瘤抗原特異性TSCM過繼轉移有望克服這一缺點。在人源化Epstein-Barr(EB)病毒轉化的腫瘤小鼠模型中，EB病毒特異性TSCM過繼轉移后表現出比常規激活的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揮了極強的持續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化有利于持續發揮作用。近年來，通過IL-15、IL-21等異二聚體化的細胞因子構建入CAR質粒，誘導出了具有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化，可促進產生腫瘤抗原特異性TSCM，從而持續發揮抗腫瘤作用[17]。在肝癌小鼠模型中，通過甲胎蛋白多肽的優化，誘導出的TSCM具有持續長久的抗肝癌效果。注射肽/CpG-B/弗氏不完全佐劑(IFA)疫苗可誘導強大的效應細胞和TSCM。上述結果支持進一步開發基于CpG-B的癌癥疫苗，且CpG-B既可以單獨應用于癌癥疫苗，又可以作為聯合治療的特定組成部分應用于癌癥疫苗[36]。

5 結語

TSCM作為目前發現的具有強大的自我更新、增殖分化能力的特異性T細胞，在多種疾病的發生、發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CAR-T的TSCM化可改善過繼T細胞療法，通過優化腫瘤抗原多肽可促進腫瘤抗原特異性TSCM產生。同時，通過減少自身反應性TSCM的產生，降低自身免疫病的發生發展，都可能是當前研究的重點方向。隨著對T細胞分化發育認識的深入，以及單細胞測序技術、組學技術、基因編輯技術等新理論新技術的發展，TSCM的研究將更加深入。