T细胞耗竭（Exhaustion）-OncoLab实验室

——–什么是T细胞耗竭？——–

急性感染和疫苗接种后，T细胞向效应T细胞（Teff）和记忆T细胞（Tmem）分化。

慢性感染和癌症病人，T细胞受到抗原持续刺激，细胞记忆不能有效地发育分化，T细胞变得精疲力竭，称之为T细胞耗竭（Tex）。

Tex细胞在功能上有别于Teff和Tmem，其特点是效应功能丧失，抑制性受体(IRS)表达增高且持续，表观遗传和转录谱改变，代谢方式改变。

T细胞衰竭是癌症病人免疫功能障碍主要因素之一。

——–T细胞耗竭的特征——–

效应功能累进式丧失

细胞因子产生缺陷，早期：IL-2和TNF产生缺陷。衰竭期：IFN-γ产生缺陷。

可能保留产生趋化因子的能力，包括MIP-1α，MIP-1β，和RANTES等。

一般来说，Tex细胞效应功能丧失因疾病而异，与病原体负荷、病原体复制模式和位置、抗原表达以及炎症环境等有关。

对稳态细胞因子的反应性改变

Tmem细胞的一个关键特性：通过细胞因子IL-7和IL-15，以不依赖抗原的方式，维持细胞的功能及稳态自我更新。

在慢性感染过程中，病毒特异性的Tex细胞，由于IL-7Rα和IL-2/15Rβ信号通路的缺陷，无法通过IL-7和IL-15介导稳态自我更新。

Tex细胞增殖是通过持续的抗原信号来维持的。但Tex细胞会失去对额外增殖信号的反应能力，并且对未来的相同抗原刺激没有反应，导致记忆稳态的丧失，也是人类Tex细胞的一个特征。

持续表达抑制性受体（免疫检查点抑制剂作用基础）

Tex细胞的一个关键特征是多IRS的增加和持续表达。免疫检查点抑制剂可以部分地逆转T细胞耗竭。

近些年，越来越多的抑制性受体被发现，见下表：

抑制性受体，在Teff有短暂表达，以确保在其发挥完作用后，功能被抑制，维持免疫稳态，避免自身免疫性疾病。

在许多慢性感染和癌症中，多个IRS的共同表达是Tex细胞的共同特征，因而联合靶向是目前治疗癌症的主要临床治疗策略。

代谢改变

代谢可塑性是淋巴细胞的一个主要特征，随激活和环境而变化。急性感染期间，CD8T细胞线粒体氧化磷酸化从静止状态转化到糖酵解，以满足活化的Teff细胞所需的能量。

Tex细胞的转录图谱显示代谢失调。在体外，PD-1交联减弱PI3K、Akt和mTOR信号，直接影响代谢途径，包括抑制糖酵解。在体内，发育中的Tex细胞表现出代谢紊乱，包括抑制细胞呼吸、降低葡萄糖摄取和线粒体能量失调。

PD-1阻断可以恢复合成代谢，增强葡萄糖摄取，导致肿瘤微环境中葡萄糖的增加。

细胞转录和表观遗传学改变

与Teff和TMEM细胞相比，Tex细胞现在被认为有一个独特的转录程序。基因表达的变化包括编码IRS，转录因子，控制TCR信号通路、共刺激和细胞因子信号以及细胞代谢。

Laura M. McLane,C ,ARjats.cls January 17, 2019

——–T细胞耗竭的相关调节因素——–

抗原负载和持续性

慢性感染或癌症的一个关键特征是T细胞持续接触抗原，高抗原负载和长时间的抗原暴露都会导致更严重的T细胞衰竭。

促T细胞衰竭的可溶性介质

促进T细胞耗竭的细胞因子

IL-10

IL-10是一种STAT3诱导的细胞因子，常与减弱T细胞活化有关。阻断IL-10可预防和/或逆转T细胞耗竭。多种免疫细胞类型，包括树突状细胞(DC)、B细胞、单核细胞、CD8 T细胞和非调节性CD4 T细胞都能产生IL-10。

IL-10的作用可能通过STAT3直接作用于T细胞，通过APC的调节间接作用于T细胞，或两者兼有。使用IL-10中和抗体结合治疗疫苗，可增强CD8和CD4T细胞的应答，减少病毒载量。癌症免疫治疗领域，也在研究类似的方法。
TGF-β

TGF-β通过激活下游SMAD转录,减弱或抑制免疫细胞活化。在急性感染过程中，TGF-β作为效应功能的负调节因子,通过抑制T-bet上调促凋亡因子Bim。在慢性病毒感染期间，TGF-β的表达和/或下游SMAD2激活是Tex细胞的特征。

拮抗T细胞耗竭的细胞因子
IL-2是T细胞存活和活化所必需的关键细胞因子，增强感染和肿瘤免疫应答。用IL-2来重振Tex细胞的治疗效果喜忧参半。与PD-1通路阻断相结合，IL-2在慢性LCMV感染中具有明显的协同作用，为肿瘤免疫治疗提供了一种有吸引力的策略。然而，在持续感染期间，IL-2也能引起抑制性T细胞(Tregs)的扩张；在HIV感染的情况下，IL-2治疗增加了CD4T细胞的数量，但对CD8T细胞和病毒复制的影响不大。然而，增加IL-2对Tex细胞的影响，同时最小化对Tregs的影响的新策略，在调节慢性感染和癌症的衰竭方面具有相当大的价值。
IL-21是另一种与IL-2相似的γ链细胞因子。缺乏IL-21R信号的情况下，CD8T细胞无法控制慢性病毒感染，提示IL-21在维持CD8T细胞应答和/或拮抗衰竭中起一定作用。IL-21主要由滤泡辅助CD4T细胞产生，直接促进BATF的表达，该转录因子参与启动或维持抗病毒CD8Teff功能。在慢性感染期间，IL-21可能维持CD8T细胞反应，至少部分拮抗衰竭。
有复杂作用的细胞因子

1型IFN

1型IFN（IFN-α/β）是典型的具有双重作用细胞因子。IFN-α/β是关键的促炎性细胞因子,其可通过直接诱导抗病毒活性和激活先天免疫。

但是在慢性感染和肿瘤中IFN-α/β可以诱导上调IL-10、IDO、PD-L1和T细胞应答的其它阴性调节因子表达。IFN-b/s也可通过Fas/FasL介导的T细胞死亡，促进活化T细胞的消耗。

T细胞耗竭的非细胞因子因素

除了细胞因子外，其他可溶性介质也与T细胞衰竭有关。
前列腺素E2(PGE2)是由花生四烯酸合成的一种脂质，兼具促炎分子和免疫抑制剂的双重作用，可限制免疫应答。PGE 2在体外抑制Teff的存活和功能，在慢性LCMV感染中阻断PGE2与PD-1通路阻断协同作用。在细胞外ATP/ADP水解释放腺苷时，腺苷也可作为免疫调节信号，腺苷可通过A2AR和其他腺苷受体来抑制T细胞功能，并导致耗竭。
免疫调节细胞
传统的CD4T细胞一定程度上拮抗CD8T细胞衰竭。CD4T细胞的丢失，慢性LCMV感染或者HIV感染导致更严重的细胞衰竭，在慢性LCMV感染的情况下，出现终身病毒血症和不受控制的感染。
CD4+Treg具有抑制Teff活化和增殖的免疫抑制性质。在急性和早期的慢性感染期间。Treg产生抑制性细胞因子，如IL-10和TGF-β，Treg数量增加HCV感染以及癌症进展。

其他免疫调节细胞例如已耗尽的APC、髓细胞衍生的抑制细胞、CD8Treg、以及NK细胞可促进T细胞耗竭。

——–T细胞耗竭的免疫疗法——–

检查点抑制剂逆转T细胞耗竭

Tex细胞表达抑制性受体，免疫检查点抑制剂阻断这些信号，已经证实其良好的抗肿瘤作用，逆转耗竭的T细胞，恢复肿瘤微环境浸润T细胞（TIL）功能。

已上市及在研的部分免疫检查点抑制剂：

PD1抑制剂：Opdivo（BMS）Keytruda（MSD) Libtayo(Sanofi/Regeneron)特瑞普利（君实）信迪利单抗（信达）替雷利珠（百济）卡瑞利珠（恒瑞）
PD-L1抑制剂：Tecentrip（Roche）Imfinzi（AZD）Bavencio（pfizer/Merck)
CTLA-4抑制剂：Ipilimumab（BMS）多个类似药及双特异性抗体在开发
anti-LAG3：IMP321（Immutep公司),IMP731(GSK-2831781)(Immutep/GSK)，Relatlimab(BMS/小野），LAG525（Imutep/诺华），TSR033（Tesaro），BI754111（BI）
anti-OX40激动型：IBI101(信达）Pogalizumab（Roche）Tavolimab（Astrazeneca）PF-04518600（Pfizer）
anti-Tim3:TSR-022(Tesaro) Sym023(Symphogen A/S )BMG-453(诺华）
anti-TIGIT：MTIG7192A（Genentech）

联合免疫疗法

在慢性感染和癌症的背景下，多个抑制性受体（IRS）在Tex细胞上共同表达，提示多个IRS协同负性调节Tex细胞。

在慢性LCMV中，共阻断LAG-3和PD-1通路，表现出T细胞衰竭的强劲和协同逆转，在肿瘤系统和其他感染模型中也有类似的结果。

靶向IRS和共刺激受体，加入细胞因子或细胞因子阻断IR阻断剂，以及检查点阻断与放射、化疗和靶向治疗等更传统的癌症治疗相结合，显示出许多潜在的有益的细胞效应。将PD-1阻断与基于细胞的免疫治疗(如CAR-T细胞)相结合，可以提高逆转T细胞耗竭效应。目前正在进行从CAR-T细胞中基因敲除PD-1的试验，以完全避免该检查点对肿瘤微环境的负性调节。