T细胞耗竭的“核心”

肿瘤和病毒的长期刺激诱导T细胞耗竭，核心还是转录因子的改变（今天介绍其中8种）。

1. BATF

作为AP-1家族因子，BATF能控制多种Th细胞的分化，包括Th2、Th9、Th17和滤泡性Th细胞等，对CD8+ T细胞的早期活化至关重要。但它对T细胞衰竭的具体作用结果呈现一种矛盾性。

例如：

• PD-1在T细胞耗竭时会上调BATF表达，沉默BATF表达则能够增强T细胞释放细胞因子的能力；

• 在BATF编辑的CAR-T细胞中，IL-2和IFN-γ的生产数量显著增加；

• BATF的缺失会减少IFN-γ产生和细胞增殖；

• BATF和IRF4合作对抗肿瘤浸润CAR-T细胞的衰竭。

Cancer Cell. 2022 Oct

目前认为，BATF是通过上调相当一部分人类T细胞衰竭相关基因的表达，来限制CAR-T细胞功能和驱动衰竭。

Cancer Cell. 2022 Oct

（1）敲除BATF可挽救CAR-T细胞衰竭。

据研究，BATF和IRF4可以形成复合物结合AP-1-IRF4复合元素(AICEs)。基因本体论(GO)分析显示，BATF和IRF4编辑上调T细胞激活相关通路富集基因。

敲除BATF和IRF4的结果显示：

• 在CAR-T细胞耗竭模型中，敲除BATF和IRF4的CAR-T细胞在多轮肿瘤细胞攻击下，其肿瘤溶解能力和增殖能力依然保持增强状态。

• 尽管IRF4或BATF的缺失提高了CAR-T细胞的抗肿瘤活性，但只有BATF编辑的CAR-T细胞的表达谱降低了衰竭水平。

Cancer Cell. 2022 Oct 7:S1535-6108(22)00442-1.

（2）BATF编辑增强CAR-T细胞在体内对抗实体瘤的效力。

无论是哪种给药途径，BATF敲除的CAR-T细胞在体内都具有 良好和持久 的抗肿瘤功效。面对实体瘤，

• BATF编辑的肿瘤浸润CAR-T细胞数量明显增加；

• IFN-γ和MK167信号增多；
  

• 小鼠模型中的肿瘤大小也得到较好控制；

• 外周血中hCD3+ T细胞比例相似；

• 第一次注射CAR-T细胞后进行肿瘤再接种，第35天后肿瘤再次完全消除。
  

Cancer Cell. 2022 Oct 7:S1535-6108(22)00442-1.

（3）BATF对CAR-T细胞的具体影响。

• 过表达BATF会降低CAR-T细胞对肿瘤细胞的溶解能力（tumor lysis），负调控CAR-T细胞功能。

Cancer Cell. 2022 Oct 7:S1535-6108(22)00442-1.

• 缺失BATF则显著增强CAR-T细胞对肿瘤细胞的溶解能力。此种影响不受到CAR或共刺激域的特异性调控。

Cancer Cell. 2022 Oct 7:S1535-6108(22)00442-1.

• 上述能力改变随E:T比值的 降低 和治疗肿瘤细胞次数的增加而显著。高E:T比的情况下敲除BATF对CAR-T功能无改善。
  
  
• BATF缺失的CAR-T细胞在PD-L1过表达CDX模型中表达出同样的功能。
  
  

Cancer Cell. 2022 Oct 7:S1535-6108(22)00442-1.

（4）BATF正调控T细胞增殖，影响CAR-T细胞亚型分化。

• BATF在效应T细胞形成中发挥关键作用：与M28Z CAR-T细胞相比，M28Z- BOE模型中效应细胞比例更高，尤其是在新鲜CAR-T细胞和高E:T比CAR-T细胞中，M28Z- BKO的效应细胞数量最低；
• BATF编辑增加了中央记忆CAR-T细胞的比例：M28Z-BKO中记忆T细胞标记物TCF1和IL-7RA的表达也增加。
  
  
  
  
  
  

Cancer Cell. 2022 Oct 7:S1535-6108(22)00442-1.

• M28Z-BKO小鼠中：TILs和PB中都有更多的中央记忆T细胞；
• M28Z-BOE小鼠中：终分化效应T(Teff)细胞的比例增加。

这证明：BATF直接结合并调节效应基因和记忆相关基因的表达， 降低效应T细胞比例，可使T细胞更多的向中央记忆T细胞分化，从而提高肿瘤杀伤能力。

2. c-Jun

c-Jun也是典型AP-1因子。AP-1-bZIP和bZIP-IRF结合基序在耗尽的CAR-T细胞中的富集是最显著的，不过BATF和IRF4转录因子的相对水平高于c-Jun。

Nature. 2019 Dec;576(7786):293-300.

• 表达c-Jun的CAR-T的扩增能力增强，杀伤能力增强，减少其末端分化。过表达c-Jun可抵抗T细胞衰竭。
• c-Jun过表达增加了耗竭CAR-T细胞中CD4+和CD8+亚群中干细胞记忆和中枢记忆T细胞和效应记忆T细胞的比例。
• c-Jun过表达在耗尽的T细胞中功能上更显着，这些T细胞表达更高水平的免疫调节bZIP和IRF转录因子。
  
  

Nature. 2019 Dec;576(7786):293-300.

其分子机制为：过量的AP-1-IRF复合物驱动耗竭转录程序，而c-Jun过表达通过减少和/或取代染色质中的AP-1i复合物来防止细胞耗竭。

3. NR4A

NR4A1在 耐受性T细胞 中以高水平稳定表达。

• NR4A1的缺失可防止由肿瘤和病毒感染引起的T细胞耗竭。
• NR4A1的过表达抑制效应T细胞分化，而NR4A1缺失可降低T细胞耐受性并增强其效应功能，并增强了对肿瘤和慢性病毒的免疫力。
• 病毒感染的脾脏中：NR4A1缺陷的CD8+T细胞数量、PD-1表达和TIM-3表达均低于野生型细胞；IFNγ、CD107A和Ki-67在GP33Nr4a1中的表达显著增强。

机制上：

• NR4A1优先募集到转录因子AP-1的结合位点，在此处通过抑制AP-1功能来抑制效应基因表达。
• NR4A1结合还促进赖氨酸组蛋白乙酰化，导致耐受相关基因的激活。

以NR4A1为中心的转录模块的集成网络分析

Nature. 2019 Mar;567(7749):525-529.

4. TOX

TOX 由T细胞受体的高抗原刺激诱导，并与小鼠淋巴细胞性脉络丛脑膜炎病毒和人类丙型肝炎病毒慢性感染期间存在耗尽的表型相关。

TOX表达诱导功能失调的表型并限制T细胞效应功能：

• 去除其DNA结合结构域可降低PD-1在mRNA和蛋白质水平上的表达，增加细胞因子的产生并导致更具多功能的T细胞表型；
• TOX缺失的T细胞最初会增加其细胞毒性效应，容易引起免疫反应，但其数量会逐渐大幅下降。其初始表达水平取决于抗原剂量；
  
• 在表型上，TOX与P14和整体CD8+ T细胞中的PD-1表达相关。抗原特异性T细胞中TOX表达增加与PD-1表达水平一致；
• 但T细胞仅在促进T细胞功能障碍的条件下依赖于TOX维持扩增与分化。

5. IRF4

IRF4是一种TCR信号敏感的转录因子，通过将合成代谢、克隆群体扩增、效应T细胞分化联系起来，在急性CD8+T细胞反应中发挥重要作用。

大量IRF4的表达是耗竭的T细胞的一个特征。IRF4参与了T细胞衰竭的多个方面，包括抑制性受体表达、细胞因子分泌受损和合成代谢的抑制。当IRF4低水平表达时，合成代谢的整体增加， IFN-γ的分泌部分恢复。

IRF4与BATF和NFAT共同作用，促进Pdcd1转录，产生PD-1。

与IRF4和BATF共同作用时，促进NFATc1的短亚型NFATc1/aA在耗竭T细胞中上调，表明NFATc1而不是NFATc2是参与耗竭的主要NFAT家族成员。NFATc1在肿瘤浸润性T细胞中高表达，并在急性感染中驱动细胞毒性T细胞分化中发挥关键作用。

IRF4、BATF和NFAT参与了一个自我强化的转录回路，建立了慢性感染期间促进T细胞耗竭的转录网络。IRF4、BATF和NFAT转录因子三联体直接结合并抑制了编码TCF1的Tcf7的表达，而TCF1在长期记忆T细胞的建立中起着关键作用。TCF1在终末分化和耗竭的T细胞中被下调，在慢性感染期间，它的表达在记忆样T细胞中被保留，并且是维持其增殖潜能所必需的。在慢性感染期间，TCF1在记忆样T细胞中被保留，是维持其增殖潜能所必需的。

6. NFAT

NFAT是 TCR激活诱发T细胞的重要转录因子，T细胞受体激活荧光素酶报告基因法也是以检测NFAT激活为内在机制。

NFAT家族有多个成员，NFAT1-NFAT4(也称为NFATc1-NFATc4)受Ca2+ -calcineurin调控，其中NFAT1、NFAT2和NFAT4在免疫系统细胞中表达，在T细胞发育和功能中发挥重要作用。

NFAT蛋白与Fos-Jun(AP-1)转录因子相互作用，形成协同的NFAT：AP-1复合物，这对诱导细胞因子基因和其他激活相关基因至关重要。