干细胞样记忆性T细胞的研究进展

丁玫琳，赖文煜，王雨桐，侯晓睿，张延梅，吴砂，郑华

(1. 南方医科大学第二临床医学院，广东 广州 510515； 2. 南方医科大学基础医学院，广东 广州 510515； 3. 南方医科大学南方医院心内科，广东 广州 510515)

记忆T细胞是对特异性抗原有记忆能力的长寿T细胞。既往研究中，记忆性T细胞根据其功能与表型仅分为两类：CD62LhighCCR7high表型的中枢记忆T细胞(central memory T cell, TCM)，主要存在于继发性淋巴器官和骨髓；CD62LhighCCR7low表型的效应记忆T细胞(effector memory T cell, TEM)，常见于非淋巴组织。在抗原的刺激下，TCM分化为TEM，而TEM会转化为效应T细胞(effector T cell, TEFF)，直接发挥功能[1]。2005年，在小鼠移植物抗宿主反应疾病(graft versus host disease, GVHD)研究中，首次观察到了一群具有超强增殖分化能力的特殊的记忆性T细胞亚群，它能在受体小鼠中产生持续性的移植物抗宿主病，研究人员将其命名为“干细胞样记忆性T细胞”(stem like memory T cells, TSCM)。2011年，TSCM被证实在人类中存在。这群记忆性T细胞除了具有记忆性T细胞快速高效应答抗原的能力外，还具有超强的长效生存增殖分化的能力，远超于其他的记忆性T细胞，TSCM由初始T细胞(naive T cell, TN)受抗原刺激发育而来，再逐渐分化为TCM及后续的TEM[2-5]。本综述针对TSCM的特点，总结其在疾病发生发展中的作用及其临床应用。

1 TSCM表型与功能

除了特异性T细胞受体(T cell receptor,TCR)以外，无论人、鼠TSCM都表达记忆性T细胞的共同标志(小鼠CD62L、人CCR7、人CD45RO)，抗凋亡标志分子(Bcl-2)，生存增殖相关的细胞因子受体标志CD122(IL-2、IL-7和IL-15的共受体)和CD127(IL-7受体)，干细胞标志(Scal-I)[5-6]。人、鼠不同亚型的T细胞，其表面标志有明显的不同(表1)，可根据不同的表面标志来区分不同的T细胞亚群。

作为记忆性T细胞的一种，TSCM具有明显的免疫记忆功能，抗原再次刺激时能快速高效地应答，并在短时间内清除抗原。同时，TSCM具有极高的干细胞特点，主要表现为① 强大的自我更新能力：在IL-15的刺激下, 培养10 d后，约60%的TSCM保留初始表型, 而TCM只有30%保留了它们的原始表型[5]，因此，TSCM具有更强的自我更新能力； ② 抗凋亡能力(持续生存十几年)：TSCM中人类免疫缺陷病毒-1(HIV-1) 能长期寄生，HIV-1在CD4+TSCM细胞中存活，产生长寿命储库[7]； ③ 定向增殖及分化潜能：极少量的TSCM在抗原刺激下，可以持续分化为TCM及TEM，发挥长效作用[8]，将TSCM、TCM分别过继转移到重度免疫缺陷性小鼠，1个月后TSCM移植组的细胞数比TCM组多10～100倍，证明TSCM比传统的TCM具有更强的复制和存活能力[5]； ④ 极低量抗原刺激阈值：TSCM在极微量抗原刺激下即可发生免疫应答，因此可在抗原入侵的早期将其清除[5]。

表1 人鼠不同亚型T细胞的表面标志

2 TSCM形成的影响因素

TSCM由初始T细胞受到抗原刺激时增殖分化而来。对于TSCM的形成，有多种内外因素发挥作用，包括微环境中的细胞因子、代谢因素等外界因素，TCR信号强度、转录因子活化等内在因素。通过内外因素的共同作用，T细胞分化为具有干细胞特性的抗原特异性T细胞。

2.1 转录因子

研究表明多个转录因子影响TSCM的形成。哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)信号通路抑制，可诱导产生CD4+和CD8+TSCM[9]；Wnt信号促进初始CD8+T细胞分化为CD8+TSCM[6]；表达Notch配体的基质细胞与活化的CD4+和CD8+T细胞共培养，促进TSCM形成，减少细胞程序性死亡受体1(programmed cell death protein 1，PD-1)和细胞毒T淋巴细胞相关抗原4(cytotoxic T lymphocyte-associated antigen-4，CTLA-4)的表达，抗原重新刺激后可产生大量肿瘤特异性效应细胞[10]；原癌基因c-Myb对于产生和维持CD8+记忆T细胞的干细胞特性至关重要，其中，c-Myb的反式激活结构域对于抑制CD8+T细胞分化是必需的，T细胞因子7(T cell factor 7,TCF-7)编码转录因子TCF-1，而c-Myb可作为TCF-7的转录激活因子来增强记忆发育，其负调节结构域对TSCM存活至关重要。Myb过度表达增强CD8+T细胞记忆形成、多功能性和回忆反应，促进过继转移后的治疗性抗肿瘤免疫[11]。

2.2 细胞因子

研究表明，IL-2受体γ对应的细胞因子IL-7、IL-15、IL-21刺激均有利于TSCM细胞生成，IL-7是TSCM生成的关键细胞因子，但其扩增依赖IL-15或IL-2。IL-15在支持扩增和维持TSCM表型方面优于IL-2，特别是肿瘤生物免疫治疗药物ALT-803的临床使用，ALT-803是一种新型重组二聚体蛋白复合物生物制品，以IL-15为基础进行改良和重组制成[12-13]。IL-21和雷帕霉素同时用于体外培养和维持抗原特异性TSCM，可增强肿瘤的免疫治疗[14]。IL-2是一种刺激T细胞增殖的关键性细胞因子，在TSCM形成的过程中，IL-2的水平与早期记忆T细胞的数量呈负相关关系，高水平的IL-2可使早期记忆T细胞总体的生成减少，这是通过减少TCM和增强效应因子实现的；因此在T细胞扩增过程中，通过降低IL-2的浓度，即可使早期记忆T细胞数量增加[15]。

2.3 TCR信号

TCR的重复刺激诱导产生活化诱导的细胞死亡(AICD)[16]。TCR信号强度影响TSCM产生，TCR水平在初始激活后立即下调，削弱了TCR信号强度，导致抗原激活T细胞群体中TSCM增多，TCR下调和TCR信号减弱防止CD8+T细胞在启动期过度激活，并增强了TSCM的反应，同时保护了TEFF使其在效应期的衰竭和凋亡减少[17]。TCR下调可能是保护T细胞免于过度信号传导[18]。IL-27和TCR单独刺激都能促进CD4+和CD8+T细胞高表达干细胞标志Sca-1，此外，在IL-27的协同作用下，TCR刺激促进T细胞的干细胞特性增强，Sca-1持续高表达[19]。因此，TCR刺激可促进TSCM产生，但长期重复的TCR刺激不利于TSCM的产生和存活。

2.4 代谢因素

许多代谢因素也会影响TSCM产生。分化程度较低的人循环CD8+T细胞在体外比分化程度较高的TCM和TEM表现出更强的抗氧化能力，在幼稚T细胞活化期间用抗氧化剂限制活性氧代谢阻碍了终末分化，扩增和产生TSCM[20]。活性氧是T细胞活化信号传导所必需的，但也会提高细胞死亡的敏感性，微妙的平衡对于确保最佳T细胞功能至关重要[16]。而N-乙酰半胱氨酸(NAC)能诱导记忆T细胞特有的转录和代谢程序，诱导生成的CD8+TSCM中的代谢重编程，并通过多种方式发挥其抗氧化作用[20]。因此，抗氧化作用可阻碍活性氧代谢，进而促进TSCM产生。

2.5 其他因素

Suv39h1在效应体CD8+T细胞终末分化过程中通过H3K9me3标记染色质，沉默记忆和干细胞程序，通过在相应位点对染色质进行H3K9me3修饰，干细胞或记忆基因表达程序的沉默受Suv39h1控制，Suv39h1/H3K9me3将在干细胞或记忆基因上建立表观遗传屏障，阻止效应因子重新进入记忆细胞，因此，Suv39h1缺陷型CD8+T细胞显示出持续的生存能力[21]。组蛋白甲基化酶通过甲基化修饰组蛋白基因，抑制相应的基因表达，从而影响细胞的表面标志。

3 TSCM参与疾病的发生发展

TSCM作为重要的免疫记忆细胞，初次免疫后不断自我更新以维持免疫记忆，二次抗原刺激时因其多能性分化为TEFF发挥免疫功能。TSCM、TCM、TEM的记忆能力递减而效应能力递增，在健康个体内动态变化以应对所处环境的抗原变化，最终维持机体健康。分析疾病过程中TSCM、TCM、TEM的动态变化可以进一步揭示T细胞在疾病中的作用[5]。

3.1 人类免疫缺陷病毒

在未经治疗的HIV-1感染患者的CD4+TSCM中很容易检测到HIV-1 RNA,CD4+TSCM对HIV-1感染相关的细胞病变效应不敏感，且其细胞内在性HIV-1限制因子三结构域蛋白5α(TRIM5α)、载脂蛋白B mRNA编辑酶催化多肽样3G(APOBEC3G)和树突状细胞衍生的干扰素γ诱导蛋白(SAMHD1)的表达水平降低。HIV-1感染CD4+TSCM后，利用了TSCM的长期生存性在体内长期持续存在[7]。仅次于TSCM，TCM也可以作为HIV-1的长期储存库。同时，HIV感染几年后从CD4+TSCM分离的病毒序列，CD4+TCM、TEM中也可分离出相同的病毒序列，证明了病毒序列可随TSCM分化传递[7]。TSCM亚库具有极大的稳定性，其大小与艾滋病抗逆转录病毒治疗(ART)开始前累积的血浆病毒暴露量直接相关，强调了早期启动有效ART的重要性[22]。

3.2 肿瘤

在肿瘤免疫应答过程中Wnt信号通路活化促进CD44lowCD62LhighSca-1highCD122highBcl-2high表型CD8+记忆干细胞的产生，其增殖和抗肿瘤能力超过TCM和TEM亚群，具有优异的抗肿瘤特性[6]。在长期暴露于特定的肿瘤抗原后，TSCM会增殖生成一个定型的记忆和效应T细胞池[23]。其中，拥有记忆表型的TSCM和TCM的比例显著升高，而更具效应杀伤能力的TEM以及TEFF的比例显著降低[23-24]。这可能与肿瘤微环境相关。有研究表明在肿瘤微环境中T细胞被诱导分化为丧失功能或功能降低的衰竭型T细胞(exhausted T cell，TEX)，免疫反应从炎症状态变为抑制状态。同时，机体为了适应长期的炎症环境，诱导生成更多记忆T细胞以发挥更长期的抗肿瘤作用[25]。然而这带来的问题是肿瘤细胞难以被杀伤并长期存在，使得肿瘤患者病情长期无法缓解甚至恶化。成人T细胞白血病(ALT)是由人T细胞白血病1型病毒(HTLV-1)引起的一种外周CD4+T细胞肿瘤，TSCM被认为是能够重建相同ALT克隆的顶端细胞群，TSCM可作为克隆进化的场所和ALT细胞的储库，因此，根除ALT-TSCM细胞可能是治疗ALT的一个有效策略[26]。在非小细胞肺癌患者中，CD4+TSCM的分布范围扩大、功能也增强，非小细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少于淋巴结中的CD4+和CD8+TSCM；用丝裂原刺激外周血单核细胞后，非小细胞肺癌患者血液中的CD4+和CD8+TSCM产生的INF-γ比健康者中产生的显著增多，同时，血液中产生INF-γ的TSCM多于淋巴结中的TSCM[27]。

3.3 自身免疫性疾病

TSCM与许多自身免疫性疾病有关。系统性红斑狼疮(SLE)患者体内T细胞中TSCM所占百分比明显增高，TSCM自我更新并分化为TCM和TEM亚群，因此造成机体长期的自我杀伤。同时，TSCM也可分化为滤泡辅助T(Tfh)细胞，促进自体B细胞产生的抗体增加，TSCM通过维持Tfh细胞促进SLE发病[28]。1型糖尿病患者存在自身反应型TSCM，TSCM通过抑制葡萄糖代谢作为靶点[29]；氧化型低密度脂蛋白(ox-LDL)可以诱导CD8+TSCM形成，抑制有长效杀伤作用的效应性和记忆性CD8+T细胞形成，以阻止胰岛β细胞自身免疫损伤的发生[30]。

4 TSCM的应用

4.1 预防性疫苗的制备

预防性疫苗是利用无毒或减毒的病原微生物成分，人工诱导机体形成免疫记忆性细胞，当机体再次暴露于高毒性的病原体时能快速产生应答，短时高效地清除病原微生物。TSCM因为其长效性及抗原敏感性，成为多种疫苗设计时的选择。黄热病疫苗YF-17D疫苗诱导产生针对黄热病毒的TSCM，已被证明能成功地发挥免疫预防作用[31]。在艾滋病试验性疫苗RV144的后期优化中，设计了促进体内TSCM比例提升的优化方案[32]。

4.2 肿瘤免疫治疗

4.2.1 过继性T细胞治疗 过继性T细胞治疗是一种有效的癌症免疫治疗策略，但因注入的T细胞生存期较短，加上肿瘤微环境作用，经常造成过继性T细胞功能衰竭，快速凋亡，无法发挥长期抗瘤效果。肿瘤抗原特异性TSCM过继转移有望克服这一缺点。在人源化Epstein-Barr(EB)病毒转化的肿瘤小鼠模型中，EB病毒特异性TSCM过继转移后表现出比常规激活的T细胞更强更持久的抗肿瘤潜能[33]。具有TSCM特点的过继性T细胞在小鼠肝癌模型中也发挥了极强的持续增殖分化杀伤肿瘤的作用[17]。此外，嵌合抗原受体型T细胞(CAR-T)被认为是最有前景的肿瘤治疗方式之一。然而，CAR-T在体内的存活时间是一个重要的不利因素[34]。CAR-T的TSCM化有利于持续发挥作用。近年来，通过IL-15、IL-21等异二聚体化的细胞因子构建入CAR质粒，诱导出了具有TSCM表型CD62L+CD45RA+CCR7+的CAR-T，其PD-1表达明显降低，抗凋亡能力增强，在极少抗原刺激下增殖能力增强，开辟了一条可以改善未来过继性T细胞疗法的途径[35]。

4.2.2 多肽类肿瘤疫苗 通过对肿瘤抗原多肽的优化，可促进产生肿瘤抗原特异性TSCM，从而持续发挥抗肿瘤作用[17]。在肝癌小鼠模型中，通过甲胎蛋白多肽的优化，诱导出的TSCM具有持续长久的抗肝癌效果。注射肽/CpG-B/弗氏不完全佐剂(IFA)疫苗可诱导强大的效应细胞和TSCM。上述结果支持进一步开发基于CpG-B的癌症疫苗，且CpG-B既可以单独应用于癌症疫苗，又可以作为联合治疗的特定组成部分应用于癌症疫苗[36]。

5 结语

TSCM作为目前发现的具有强大的自我更新、增殖分化能力的特异性T细胞，在多种疾病的发生、发展中都起着重要的作用。利用TSCM的长效性和抗原敏感性可制备感染性疫苗，诱导CAR-T的TSCM化可改善过继T细胞疗法，通过优化肿瘤抗原多肽可促进肿瘤抗原特异性TSCM产生。同时，通过减少自身反应性TSCM的产生，降低自身免疫病的发生发展，都可能是当前研究的重点方向。随着对T细胞分化发育认识的深入，以及单细胞测序技术、组学技术、基因编辑技术等新理论新技术的发展，TSCM的研究将更加深入。