耗竭型 T 细胞在肿瘤微环境中的转录调控机制研究

T lymphocytes are a crucial pant of the immune system and are the major cells involved in the adaptive immune response. Usually, T cells expand rapidly in response to antigenic stimulation, and then, as a result of antigen clearance, they die by apoptosis or become memeory T cells. However, in situations of chronic antigenic exposure, such as those observed in cancer, chronic infections or autoimmunity diseases, antigen-specific T cells may persist for extended periods of time and these conditions are often associated with functional exhaustion. Exhausted T cells are characterized by decreased cytokine expression and dysfunction.. Because the diseases of chronic viral infection and cancer are two major problems in modern medicine, T cell exhaustion has always been an international research area with great concern. However, whether the initial differentiation of exhausted T cells are derived from effector T cells and the transcriptional regulation mechanism of T cell exhaustion are still unclear. In this study, we firstly demonstrated that effector T cells are the progenitor of exhausted T cells with IFNγCreRosaYFP fated mapping mice. Next, we will illustrate the transcription characteristics of exhausted T cells, and then elucidate the transcriptional regulation mechanism of T cell exhaustion, which will provide theoretical basis and potential targets for the treatment of chronic viral infection and cancer.

T淋巴细胞是介导适应性免疫应答的主要效应细胞，在各类免疫性疾病的发生及防治中发挥重要作用。通常情况下，在外来抗原的刺激下，T细胞迅速增殖成为效应性T细胞并清除外来抗原。然而，在抗原持续刺激的情况下，抗原特异性T细胞的效应功能会逐渐衰竭，最终成为衰竭型T细胞。衰竭型T细胞的免疫保护以及监视等功能发生障碍，最终将导致慢性病原体感染性疾病以及肿瘤的发生。由于慢性病毒感染和癌症是现代医学的两大难题，T细胞衰竭相关的研究一直是国际上极为关注的研究领域。目前，衰竭型T细胞的分化起源以及T细胞衰竭的转录调控机制是不确定的。在本研究中，我们利用IFNγ命运谱系追踪小鼠论证了衰竭型T细胞起源于效应型T细胞。继而，我们将基于IFNγ报告基因小鼠分析衰竭型T细胞的转录特征，进而筛选调控T细胞衰竭的关键转录因子并阐明T细胞衰竭的转录调控机制，为慢性病毒感染和癌症的治疗提供理论基础和潜在靶点。

CD8+T细胞直接杀伤病毒感染或者癌变的靶细胞，在抗病毒感染及抑制肿瘤发生、发展中发挥关键作用。在急性病毒感染情形下，初始抗原特异性的CD8+ T细胞在二级淋巴组织通过其T细胞受体识别树突状细胞表面的MHC病毒抗原短肽复合物，在共刺激分子的作用下，得以激活及扩增，并进一步分化为效应性CD8+ T细胞，这些效应细胞迁移到感染的外周组织，清除病毒抗原。但是，在慢性病毒感染以及癌症中，持久性抗原驱动激活后的CD8+T细胞先分化为耗竭程度较低的耗竭前体细胞，并最终分化为终末耗竭T细胞。然而，目前耗竭前体细胞的发育路径及其维持机制尚不清楚。在这里，我们发现引流淋巴组织中被激活的记忆样IFNγ-Cre/YFPlow/-:Rosa-tdtomato+CD8+ T细胞会迁移至肿瘤内分化成肿瘤耗竭前体细胞和终末耗竭T细胞。转录组分析揭示IFNγ-YFPhiRos a-tdtomato+CD8+ TILs是Tim3hi/+Ly108-终末耗竭T细胞，而IFNγ-YFPlow/-Rosa-tdtomato+CD8+ TILs主要是由具备长期增殖、分化潜力的Tim3-Ly108+耗竭前体细胞和Tim3+Ly108-耗竭T细胞组成。转录因子c-fos选择性地在IFNγ-YFPlow/-Rosa-tdtomato+Tim3-Ly108+CD8+ TILs中高表达。联合过继转移动物模型和E.G7 肿瘤模型发现过表达c-fos在抑制T细胞效应功能的同时显著地促进耗竭前体细胞发育与维持，并发挥的长效的抗肿瘤效应；相反，c-fos缺失在增强效应功能的同时终末耗竭T细胞分化及凋亡增强，不利于抗肿瘤效应。机制上，我们联合RNA-seq和ChIP-seq分析发现转录因子c-fos 通过直接下调 IFNg、Tbx21等效应基因以及Tox、Pdcd1、Tim3等功能耗竭相关基因的表达来维持肿瘤耗竭前体细胞库。综上所述，该研究首次揭示了二级淋巴组织中记忆样IFNγ-YFPlow/-:Rosa-tdtomato+CD8 T细胞迁移至肿瘤微环境后发育成IFNγ-YFPlow/-Rosa-tdtomato+CD8+T耗竭前体细胞；转录因子c-fos 通过抑制IFNg、Tbx21、Tox、Pdcd1、Tim3等终末分化相关靶基因的表达来维持耗竭前体细胞的发育。因此，我们的研究对进一步理解 T 细胞功能耗竭具有重要意义