干细胞样记忆T细胞:标志物、活性、应用开发

[2021-05-28 14:44:30]

以下文章来源于闲谈 Immunology ,作者三花


异质性记忆T(TM)细胞根据表型分子的不同,可分为干细胞样记忆T细胞(TSCM)、中央记忆T (TCM)细胞和效应记忆T (TEM)细胞等不同亚群。


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人类不同T细胞亚群的特征性表面标记

Cell Immunol. 2021


TSCM的生物学特性及应用

TSCM细胞被认为是分化程度最低、寿命较长的TM细胞群,具有很强的自我更新能力长期持久性增殖能力抗肿瘤活性,并能多向其他记忆细胞子集分化。

分化程度低的具体证据包括

  • TSCM细胞可以在体内启动时直接从注入的naïve T (TN)细胞中分化;
  • TNTSCM细胞,而不是TCMTEFF细胞,能够重建包括TSCM细胞在内的记忆T细胞亚群的全部异质性;
  • TNTSCM细胞之间差异表达的基因只有75个,而TCM和TEM细胞则分别为157和226个。


符合CD8+T细胞渐进式分化的框架路径:TNTSCMTEM/EFF
2

CD8+ T细胞的分化途径

Clin Immunol. 2022


其表面标志的特征包括

  • 表达TN细胞的特征标记:CCR7+、CD45RA+、CD45RO−、CD62L+、CD27+、CD28+和IL-7RA+ (CD127);
  • 表达记忆细胞的特征标记:CD95+、IL-2Rβ+ (CD122)、CXCR3+和LFA-1+;
  • 表达更多的BCL-2、CXCR4
  • 较少表达CD38和CD31;
  • TSCMTCM细胞之间的差异目前认为归因于细胞群中CCR7+GZMK+PD-1+TIGIT+亚群的比例不同,该类亚群被称为T祖细胞衰竭样细胞


长期持久性、增殖能力和抗肿瘤活性的表现包括:

  • 该细胞群中约60%细胞的表型特征不随时间变化
  • 黄热病(YF)疫苗注射后,早期就可检测到YF特异性CD8+ TSCM细胞,并稳定维持了25年以上;
  • 在TCR刺激后,CD8+ TSCM细胞也能快速反应并产生和释放IFN-γ、IL-2和TNF-α,其效应功能与传统记忆T细胞相似。


TSCM的抗肿瘤、抗病毒作用

血液瘤和病毒感染:
目前认为过继细胞转移治疗(ACT)最终产物中,CD4+/ CD8+细胞比例可能影响其抗肿瘤疗效。了解TSCM中CD4+亚群和CD8+亚群的作用对其潜在应用开发也同样重要。

CD4+TSCM细胞在免疫应答中承担不同的作用,可以通过与CD8+TSCM细胞相似的机制进行编程和生成。已有的应用包括:

  • 已知长期治疗的HIV患者体内的CD4+TSCM细胞可作为细胞HIV-1病毒储存库
  • 成人T细胞白血病(ATL)模型中,CD4+TSCM细胞可向TCMTEM细胞定向分化,有利于ATL病毒克隆的保存和产生。
  • CD4+TSCM细胞被评价为结肠直肠癌辅助诊断和早期筛查的指标,敏感性和特异性高。


实体瘤:
TSCM细胞在肿瘤微环境(TME)特别是实体癌中抗肿瘤作用的确切机制仍有待研究,因为目前普遍认为,在TME中持续的肿瘤抗原刺激条件下,T细胞采取了不同的分化途径。

  • 间皮瘤小鼠模型:CD8+ TSCM细胞具有增强的抗肿瘤活性,且对小鼠的治疗效果优于同样间皮素特异性CD8+的TCM或TEM细胞;
  • 黑色素瘤小鼠模型:移植TSCM细胞在体内产生了更强的抗肿瘤效果,对肿瘤生长的抑制作用更持久,最终使总生存期(OS)显著提高;


T细胞衰竭的影响与治疗策略:
TSCM细胞同样会在持续的肿瘤抗原刺激下进入功能失调状态,即“T细胞衰竭”(T cell exhaustion)。衰竭T细胞(TEX)的功能特征为:效应功能丧失、抑制受体表达升高和持续、表观遗传和转录谱改变以及独特的代谢,失去其干细胞样特性,导致其增殖情况缩短和抗肿瘤功能受损。

T细胞衰竭可能在慢性感染和癌症控制中起着至关重要的作用,在某些情况下可能作为一种机制,保护组织免受过强免疫病理损伤,在疾病控制和免疫病理之间建立平衡。

因此,如何避免T细胞衰竭或“重振”TEX细胞,使其呈现更“干细胞样”的状态,可能是进一步突破免疫疗法疗效不理想困境的关键。

目前已有证据表明在衰竭发育过程中起关键作用的转录因子包括TCF-1、PRDM1、T- bet、Eomes、NFAT、NR4A、IRF4和BATF

TSCM细胞的诱导增殖方法

若要将TSCM细胞用于细胞疗法中,则需要诱导出足够的数量。

3

TSCM分化上下游

Cell Immunol. 2021 


目前研究中的诱导方向包括细胞因子的操纵、微环境中的代谢因子、TCR信号强度以及信号通路的激活或抑制


4

Clin Immunol. 2022 Aug;241:109078. Epub 2022 Jul 15. doi: 10.1016/j.clim.2022.109078.


(1)细胞因子:
γ链细胞因子主要通过JAK-STATPI3K-AKT-mTOR途径发挥作用。

  • IL-2被广泛用于ACT的细胞扩增。但同时,IL-2也不可避免地驱动效应子分化,抑制记忆发育,控制特异性抑制受体的表达,从而降低长期抗肿瘤疗效
  • IL-15对TSCM细胞的增殖至关重要,与其在CD8+ T细胞的内稳态和增殖中的作用一致;
  • IL-7作为T细胞稳态调节剂,优先保存TSCM细胞的干细胞样表型;
  • IL-7和IL-15在促进TN/TSCM细胞增殖方面优于Gsk-3β抑制剂;
  • IL-21与IL-7和IL-15协同作用,促进记忆T细胞和naïve T细胞的增殖和存活;
  • 在临床前和临床研究中,IL-21和ICBs也被证明是诱导TSCM细胞表型的可行策略。


(2)信号通路与代谢:
目前尚不确定TSCM细胞的命运是否仅受到某一条唯一且特定的信号通路影响。

Wnt-β-catenin通路

  • 早期的TSCM细胞生成可能是通过Gsk-3β抑制剂激活Wnt-β-catenin信号通路,下游抑制β-catenin的降解,使β-catenin在细胞质中积累,后者转移到细胞核与TCF-1/LEF1转录因子结合;
  • 但是体外实验显示,Gsk-3β抑制同样增加了TSCM细胞介导的肿瘤细胞毒性


TCF-1:

  • 通过与Eomes的调控区域结合,增加自身和IL-2R的表达,从而促进生产分化较低的干细胞样细胞状态和内稳态。
  • 小鼠模型显示:TCF-1缺陷的CD8+ T细胞不能在小鼠体内产生记忆前体和TCM细胞。


Notch信号通路:

  • 可使致敏CD4+ T细胞增殖,调节各种Th亚群的分化和应答。
  • 体外实验显示:通过与表达Notch配体的基质细胞共培养,iTSCM细胞是从激活的CD4+和CD8+ T细胞中生成,而非naïve T细胞。
  • 与传统的CAR-T细胞相比,Notch诱导CAR-iTSCM细胞和Foxm1诱导CAR-iTSCM细胞的通路都具有更强的抗肿瘤潜能


FAO代谢:
TSCM和其他T细胞一样,依赖FAO作为ATP合成的主要来源。乳酸脱氢酶(LDH)被证明是增加TSCM细胞数量和提高过继移植后体内抗肿瘤活性的机制。

(3)TCR和共刺激信号强度:

肽/MHC-TCR相互作用的持续时间和强度可以影响TCR识别的下游,并影响T细胞的分化轨迹:

  • 经实验证实,通过MEK抑制来操纵MAPK通路可促进TSCM细胞的生成;
  • 小鼠模型显示,含有不同比例TSCM细胞的细胞群注射到肝细胞癌小鼠模型后,会产生不同的抗肿瘤作用。TSCM/TCM细胞比例较高,则TET499细胞增殖较多,这与TCR信号较弱有关;
  • 转导了4-1BB共刺激信号的第二代CAR-T慢病毒载体可诱导高水平的TCM/TSCM表型;
  • TNFRSF中其他T细胞共刺激分子的激动剂,如CD27、OX40、TNFR2、CD40和GITR同样具有此类效果。例如CD40的激活促进了HPV16特异性TSCM细胞的形成,增强了体内长期抗肿瘤能力,这被认为与Wnt/ β-catenin信号的激活有关,并可能阻止HPV感染向宫颈癌发展。


刺激时间也与T细胞命运有关:

与长时间的刺激相比,CD3 /CD28抗体的短暂刺激为T细胞激活提供了第一和第二信号,为CD8+ T细胞提供了更好的增殖信号。而短暂刺激扩增的CD8+ T细胞具有更丰富的TSCM亚群,表现出更强的细胞因子生产能力


小结


TSCM应用的疾病领域包括:

  • 肿瘤:血液瘤研究较多,如B细胞恶性肿瘤、急性淋巴细胞白血病、Raji-ffLuc淋巴瘤等。实体瘤包括非小细胞肺癌、肾细胞癌和结肠癌等;

  • 自身免疫性疾病:选择性耗尽自反应性TSCM亚群可能是治疗自身免疫性疾病的一种有前途和可行的选择。目前有尝试的适应症包括获得性再生障碍性贫血、系统性红斑狼疮、镰状细胞病、免疫性血小板减少症(ITP)、1型糖尿病(T1D)和自身免疫性葡萄膜炎等;

  • HIV或SIV;

  • 其他传染性疾病疫苗:由于TSCM提供了长期免疫记忆,测量疫苗诱导的TSCM可能更准确地预测疫苗的有效性。



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