CD8的多样性⁺T细胞分化

总结

简介

外围CD8⁺T细胞的储备处于不断变化的状态，因为这些细胞看到了无数不断变化的环境信号。在稳态、幼稚的CD8中⁺为了生存，T细胞必须竞争稳态生存信号，如MHC I类（MHC I）和白细胞介素7（IL-7）。此外，抗原遭遇可以与环境信号协同驱动CD8⁺T细胞在多种分化状态下的效应器功能和生存能力都不同。这些分化状态的正确协调对于维持外周耐受性以及扩大和保持病原特异性克隆至关重要。本综述旨在总结CD8的多样性⁺T细胞对抗原的反应，重点关注CD8领域的最新研究⁺T细胞耐受、效应细胞分化和记忆(图1).

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图1

生成多样化CD8的模型⁺T细胞命运

（上半部分）天真CD8⁺在稳态耐受性DC（米色细胞）上遇到抗原的T细胞（棕色细胞）在依赖于PD-1和分子Egr2、Egr3（Egr2/3）和Cbl-b的过程中增殖，而没有获得效应器功能（深蓝色细胞）。如图所示，这种耐受性T细胞通常上调PD-1，下调IL-7R，或者死亡（黑细胞），或者成为无能（即TCR信号缺失，如红十字所示）。抗原（Ag）水平控制着这一过程，高Ag水平促进无能，低Ag水平导致缺失。（下半部分）免疫原性DC（红细胞），遇到病原体衍生产物，激活原始CD8⁺T细胞形成效应细胞（显示细胞毒性颗粒和效应细胞因子的产生）。这种分化过程受诸如Id2、Spi-6、Notch、T-bet和eomesodermin（Eomes）等分子的调控。这些效应细胞可以接受多种细胞命运，例如记忆前体细胞命运（以IL-7R为特征^你好，KLRG1^洛，T-bet^洛，Blimp-1^整数、Spi-2a^你好和Bcl-2^你好表达；左下）或短命效应细胞命运（具有IL-7R^洛，KLRG1^你好，T-bet^你好和Blimp-1^你好表达；中间）。这种短命细胞可以成为衰老效应物并通过bim依赖性凋亡而死亡，也可以作为CCR7的短命效应记忆细胞持续到早期记忆中^洛，CD62L^洛和KLRG1^你好相反，记忆前体细胞寿命长，可能是CCR7^洛，CD62L^洛，Blimp-1^整数效应记忆细胞（由Id2、Klf2和Blimp-1促进）或CCR7^你好，CD62L^你好，Blimp-1^洛中央存储单元（由Bcl-6驱动）。有证据表明KLRG1^洛效应细胞也能引起KLRG1^你好短寿命效应记忆细胞（用箭头和问号表示；N.S.Joshi、T.W.Hand和S.M.K.，未发表的观察结果）。在一些慢性病毒感染中，PD-1、LAG-3和IL-10导致细胞获得衰竭表型（浅蓝色细胞），其特征是PD-1和LAG-3高表达，IL-7R低水平。虽然衰竭细胞被描述为与其他细胞命运共享一个共同的效应细胞前体，但目前尚不清楚在效应细胞分化过程中，这种命运在什么时候发生分支。

周边公差的多重路径

而自反应CD8⁺在胸腺阴性选择过程中，T细胞被从报告中清除，这不是一个完美的过程，也不是一个无赖的自身反应CD8⁺T细胞经常被释放到外周[1]. 因此，外周耐受机制进化为清除这些危险的自我活动细胞。树突状细胞（DC）是一种关键的抗原呈递细胞群体，被认为通过在任何T细胞内诱导耐受来驱动这一过程，而T细胞能够识别DC在稳态下呈递的抗原。

稳态抗原识别后，CD8的外周耐受诱导⁺T细胞可导致两种不同的分化状态：缺失和无能(图1). 在两种耐受性命运中，CD8⁺尽管T细胞对抗原作出反应而增殖，但通常不能产生效应器功能[2,三]，尽管细胞可以通过效应器阶段途中对某些模型中的容忍[4,5]. 然而，尽管有这些相似之处，每一种宽容命运都表现出独特的特征。而无能CD8⁺T细胞受体信号缺陷导致T细胞持续处于低反应状态[三]，发生缺失的细胞因促凋亡BH3-only蛋白Bim触发的凋亡而死亡[6]. 然而，CD8模型确实发生收缩⁺T细胞无能和这种死亡需要比姆（I.A.Parish和W.R.Heath，未发表的观察结果）。目前尚不清楚维持无能细胞的生物学原因，但有一种可能性是无能CD8⁺T细胞处于免疫调节状态[7].

缺失和无能通常被认为是不同的细胞命运，然而最近的数据质疑这些细胞命运是否像以前认为的那样在分子上不同。无能T细胞的特征之一是在没有AP-1激活的情况下，通过NFAT激活上调转录因子Egr-2和Egr-3[8,9]. 然后，Egr-2和Egr-3驱动免疫抑制性E3泛素连接酶的表达，如Cbl-b，其降解关键信号成分并减弱T细胞受体（TCR）信号能力[10]. 有趣的是，Egr2和Cbl-b（以及许多其他无能相关基因）在缺失过程中均显著上调[11]这表明缺失和无能之间存在着分子相似性。此外，CD8和CD8都需要通过抑制信号分子PD-1发出信号⁺T细胞无能[12]和删除[13,14]. 最后，至少在CD4中⁺T细胞在缺失模型中阻断死亡导致无能[15]. 尽管仍然是推测性的，但在耐受性CD8中，常见的遗传途径可能会导致无能和缺失状态⁺但结果在很大程度上取决于TCR信号的整体水平。众所周知，高抗原水平通常会导致无能，而低抗原水平则会导致缺失[16]. 因此，在抗原呈递较弱或组织受限制的情况下，缺失可能占优势，因为TCR信号抑制基因的表达，加上IL-7受体表达较低[11]，通过MHC和IL-7生存信号的“饥饿”细胞促进细胞死亡。相反，较高的抗原水平或普遍存在的抗原表达可能提供足够强且持续的TCR信号，以允许耐受性CD8存活⁺T细胞。

突破公差：通往有效细胞的道路

而DC稳定地呈现抗原会导致CD8⁺默认情况下T细胞耐受，感染环境中的抗原呈现驱动克隆扩张和CD8⁺T细胞效应器和记忆形成。效应器CD8⁺T细胞（通常称为细胞毒性T淋巴细胞或CTL）可以使用颗粒酶和穿孔素杀死携带抗原的靶细胞，并且在TCR结扎后可以快速产生抗病毒细胞因子，如IFN-γ和TNF-α[17]. 感染期间发生效应细胞分化，部分原因是DC对病原衍生产品的识别产生免疫原性DC，这些DC携带更多的共刺激分子和抗原：MHC复合物。在免疫原性抗原呈递细胞上短暂接触抗原在体外（最少1天）可以诱导CD8⁺T细胞增殖和分化为效应器，尽管抗原接触的持续时间更长体内增加克隆扩展[17,18]. 首字母在体外研究还表明，TCR对抗原的亲和力调节效应细胞分化[19]，尽管是最近的体内数据表明，当贪婪调节反应的大小时，效应器（和记忆）CD8⁺T细胞仍然可以在低亲和力相互作用下形成[20]. 此外，病原体激活的树突状细胞也上调Notch配体，其可以连接CD8上的Notch⁺T细胞并直接诱导细胞毒性[21].

感染期间效应细胞形成的另一组关键信号是先天免疫系统衍生的炎性细胞因子。特别是，IL-12和1型干扰素（IFNα/β）促进CTL的扩张和分化在体外[22]和体内在感染期间[23,24]部分通过诱导细胞毒性分子和IFN-γ的产生[22,25]. 由于不同的感染会引起不同的细胞因子反应，因此CTL扩张和分化所需的细胞因子可能因感染而异。例如，CTL对李斯特菌属感染对IL-12的依赖性更强[26,27]，而对LCMV感染的CTL反应更依赖于IFNα/β[23,28]. 值得注意的是，当与TCR刺激同时接受时，IL-12刺激在驱动CTL分化方面最有效[26,29]表明，就像CD4一样⁺T细胞[30]，抗原和细胞因子信号必须同时传递才能实现最佳CTL分化。还有其他证据表明，其他炎性细胞因子会影响CTL的分化，这是最近详细综述的一个主题[22,31].

许多转录因子已被鉴定为促进CTL分化的转录因子。T-box转录因子eomesodermin促进细胞毒性的获得和抗病毒细胞因子的产生[32]尽管目前尚不清楚中胚层蛋白诱导的途径。另一种T盒转录因子，T-bet，似乎也是效应细胞分化的关键调节因子，如T-bet缺陷的CD8⁺T细胞表现出降低的细胞毒性和改变的细胞因子产生[33]. 此外，IL-12诱导T-bet的表达[34,35]为IL-12驱动的CTL分化提供机制。然而，IL-12和IFNα/β也可以通过STAT4激活触发IFN-γ的产生[25]. T-bet和eomesodermin的存在对正常CTL分化为CD8至关重要⁺缺乏这两种因子的T细胞会产生异常的效应表型，其特征是IL-17的过度产生[36]. 此外，转录因子RBP-J和CREB1负责Notch信号下游细胞毒性分子的表达[21]. 效应器功能的抑制因子也存在；转录抑制因子Bcl-6可以抑制细胞毒性分子颗粒酶B的表达[37]尽管Bcl-6在控制记忆形成方面可能比初始效应细胞分化更重要（见下一节）。该领域的一个主要挑战是确定如何组织这种转录网络来控制效应细胞的形成，并在没有感染的情况下保持记忆细胞中效应分子基因的表达。

虽然细胞毒性产物在CTL中的表达有助于病原体清除，但它们也可能对CTL的寿命有害。例如，CTL缺乏丝氨酸蛋白酶抑制剂Spi-6或Spi-2a，分别阻断颗粒酶B和组织蛋白酶B的活性，在病毒感染期间表现出扩张减少[38,39]. 有趣的是，Spi-6是一个受转录因子Id2和Id2−/−CD8上调的基因⁺在病毒感染期间，T细胞表现出类似的死亡倾向和克隆扩张减少[40].

应该注意的是，在某些慢性病毒感染期间，CD8⁺T细胞在动员效应器功能（如IFN-γ、TNF-α、IL-2和细胞毒性）的能力方面表现出功能障碍。这种功能障碍（通常称为“衰竭”）也可被视为独特的CD8⁺T细胞分化状态。抑制性受体网络，包括PD-1[41]和LAG-3[42]，在耗尽的T细胞上上调，并在驱动耗尽状态中发挥重要作用。此外，慢性感染期间增加的IL-10生成也促进CD8的耗竭⁺T细胞状态[43,44]并且可能在独立于PD-1的途径中运行[45]. 许多转录因子在耗尽的CD8中选择性上调⁺T细胞（如PBX3和Blimp-1）[46]这表明效应细胞的命运是一个由基因调控变化所引导的主动过程。

死亡后的生命：CD8的持续性⁺T细胞进入存储器

CD8完成时⁺T细胞免疫反应，大多数效应细胞死于Bim依赖性凋亡[47,48]. 然而，有一部分细胞在收缩过程中存活下来，并作为记忆性T细胞群持续存在，从而提供长期保护，防止再次感染。记忆T细胞，尽管表型异质，但具有一系列明确的特征：它们表现出增强的增殖能力（相对于效应细胞），在再激发时效应基因的重新表达增强（相对于幼稚细胞），以及自我更新和长时间生存的独特能力。许多这些特征的分子基础现在正在显现。由于细胞周期抑制剂p27的表达减少，记忆细胞相对于效应细胞表现出更大的增殖潜能^基普激酶CDK6活性增加，抗增殖转录因子Bmi1表达减少[49,50]. 效应基因位点的染色质改变导致记忆细胞中效应基因重表达增强[51,52]. 最后，与原始细胞或效应细胞不同，长寿命记忆CD8⁺T细胞表达IL-7（促进生存）和IL-15（促进抗原依赖性增殖和自我更新）的受体[17]导致内存总量的长期维护。此外，记忆细胞表达更高水平的促进生存的因子，如Bcl-2和Spi-2a，两者都能促进记忆细胞的形成和存活[38,53].

具有记忆潜能的细胞在免疫反应早期就很明显，尽管它们可能不一定表现出成熟记忆CD8的所有特征⁺T细胞[54]. 在T细胞对某些急性感染（如LCMV和李斯特菌属这些记忆前体细胞只占效应细胞群的一小部分，可以通过IL-7受体（IL-7R）的高表达和衰老标记物KLRG1的低表达来区分[34,55,56]. 这些IL-7R^你好KLRG1号机组^洛效应器CD8⁺T细胞显示出最高的长期存活率、稳态转换率（通过IL-15）和二次感染反应[34,55–57]. 相反，剩下的大多数效应器CD8⁺T细胞是IL-7R^洛，表达KLRG1，并且在再次感染后不能很好地持续或增殖[34,56,57]. KLRG1种群^你好白细胞介素-7R^你好存储器CD8⁺此外，还可以发现T细胞，尽管这些细胞的寿命也有限[34,58].

效应CD8如何发挥作用⁺感染期间形成记忆细胞电位的T细胞？我们过去的工作表明，效应器CD8中可能建立了T-bet梯度⁺T细胞，高T-bet水平促进终端效应细胞分化和衰老，而低水平T-bet允许记忆前体发育[34]. T-bet表达的适当平衡似乎与效应细胞的存活直接相关，因为低水平的T-bet足以表达IL-15R/IL-2Rβ（CD122），但高水平的T-bet抑制IL-7Rα[34,57,59]. 总的来说，这表明具有中等T-bet水平的细胞对IL-7和IL-15（维持记忆CD8的主要细胞因子）都有最佳反应⁺T细胞[60]. 最近还发现CD8⁺T细胞在最初的细胞分裂中经历不对称的细胞分裂[61]并且可以被短命或长寿命的命运所击溃。也许T-bet和其他细胞命运决定因子在这些细胞分裂过程中分配不均，导致不同的细胞命运。然而，其他研究表明，活化的CD8⁺T细胞不一定会如此迅速地决定一种或另一种命运，因为较长的感染时间会促进CTL的终末分化[34,56,62]IL-12可以增加T-bet的表达[34,35]. 总的来说，这表明环境信号可能会放大或细化非对称细胞分裂产生的效应细胞多样性。通过感染诱导的细胞因子水平建立谱系决定转录因子（如T-bet）的梯度并不能将效应T细胞限制为简单的两种细胞命运，而是允许已知存在的广泛的效应和记忆分化状态。此外，它还提供了一个具有内置灵活性的模型，先天免疫系统可以通过该模型控制各种感染期间效应细胞反应的大小和效力（其取向、强度和持续时间可能不同）。Blimp-1也可能以分级方式运行[57]（R.L.Rutishauser和S.M.K.，未发表的数据），但目前尚不清楚其他转录因子是否具有类似作用。

其他因素可以促进CD8⁺T细胞记忆形成。共刺激分子受体4-1BB、OX40和CD27可以增强记忆细胞分化和存活[17,63]. CD4的帮助也得到了很好的证实⁺在最佳记忆CD8的主要响应期间，几乎总是需要T细胞⁺T细胞形成[17]. 虽然尚不清楚CD4因子是什么⁺T细胞供应至CD8⁺T细胞，IL-2是一个候选者，因为它在促进记忆性T细胞对继发感染的回忆反应中起着关键作用[64]和活化的CD4⁺T细胞是这种细胞因子的丰富来源。此外，CD4⁺T细胞可以“调节”DC以更好地诱导记忆形成[65]. 不管机制如何，CD4⁺T细胞有助于阻止记忆前体群体发生终末分化；“无帮助”细胞显示较高的T-bet比例^你好KLRG1号机组^你好细胞和T-bet缺乏可部分恢复其功能[57].

存储器CD8⁺病原体清除后最终形成的T细胞群是异质的，并且随着时间的推移而进化。记忆细胞通常根据淋巴结归巢受体CD62L和CCR7到CD62L的表达进行细分^洛CCR7型^洛非淋巴组织驻留效应记忆细胞（T_{相对长度单位})和CD62L^你好CCR7型^你好淋巴组织常驻中央记忆细胞（T_厘米). 在对小鼠的研究中，大多数T_{相对长度单位}和T_厘米来源于IL-7R^你好记忆前体细胞[55,66]. 然而，一些KLRG^你好衰老效应细胞可以作为“短寿命T_{相对长度单位}” [34,55,56] (图1)从而在存储器群体内产生进一步的异质性。而CD8⁺T型_厘米和T_{相对长度单位}两者都产生IFN-γ，T_{相对长度单位}通常显示即时细胞毒性，而T_厘米通常产生更多的IL-2并具有更高的增殖潜力[67–69]. 重要的是，抗原特异性记忆T细胞群的组成随时间而变化_{相对长度单位}逐渐消失并让位给T_厘米，很可能是由于T生长缓慢_厘米[67,70]. 病原特异性记忆T细胞可以长期存在于组织（如肠道和肺部）中[71,72]虽然这些种群可能由T维持_厘米迁移到组织中形成T_{相对长度单位}[73]. 控制T的转录因子_厘米/T型_{相对长度单位}余额也已确定。PI3K/mTOR通路的激活通过转录因子Klf2下调CCR7和CD62L的表达[74]，提示T的代谢控制_厘米/T型_{相对长度单位}平衡。此外，转录因子Id2、T-bet和Blimp-1有利于T_{相对长度单位}形成（R.L.Rutishauser和S.M.K.，未公开的数据）[40,57]而Bcl-6促进T_厘米形成[75].

结论

虽然已经确定了许多细胞内、外因子可以形成CD8⁺T细胞的命运选择，尚不清楚大量的谱系决定因子如何协同和/或整合到精细的命运选择中。特别是，了解不同的细胞命运是如何维持的（尤其是在缺乏抗原的情况下），并确定命运可塑性的程度，仍然是未来的挑战。为此，了解不同CD8下转录特征的表观遗传建立和维持⁺T细胞命运代表着未来研究的一个令人兴奋的领域。

脚注

参考文献列表