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自噬与T淋巴细胞的发育、活化及分化研究

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  • 更新时间2022-05-16
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  摘    要: 自噬是生物体内普遍存在的一种降解长寿命蛋白质和细胞器的分解代谢过程,在机体的免疫过程中发挥重要作用。一定程度的自噬是一种内源性细胞保护机制;而自噬不足或过度可造成细胞稳态失调,加剧或导致细胞死亡。自噬功能缺陷可引起机体免疫功能紊乱和多种疾病,包括神经退行性病变、感染、自身免疫病及肿瘤等。近年研究表明,自噬对T淋巴细胞发育、活化、分化和功能至关重要。本文就自噬在T淋巴细胞中的调控作用进行综述。


  关键词 :     自噬; T淋巴细胞:发育活化:分化;


  Abstract: Autophagy is a kind of catabolic process that can degrade long-lived proteins and organelles,which plays an important role in the immune process of body. Autophagy to a certain extent is an endogenous cytoprotection mechanism;while insufficient or excessive autophagy can causes the imbalance of cell homeostasis,aggravates or leads to cell death. Autophagy can cause immune disorders and various diseases,including neurodegenerative diseases,infections,autoimmune diseases and tumors. In recent years,autophagy has been shown to be essential for the development,activation,differentiation and function of T lymphocytes. This article reviews the regulatory role of autophagy in T lymphocytes.


  Keyword: Autophagy; T lymphocytes; Development; Activation; Differentiation;


  自噬是广泛存在于真核细胞内的一种依赖溶酶体途径对胞质蛋白和细胞器进行降解的过程。自噬的形态学特征是双层膜囊泡包裹内容物形成自噬体。自噬体与溶酶体结合,形成自噬溶酶体并降解内容物。目前已知,在分子水平上,自噬主要由自噬相关基因(Atg)执行并完成[1]。另外,大量自噬调节因子,如雷帕霉素靶蛋白(mTOR)、UNC-51样激酶(ULKs)、PI3K-Ⅲ复合物、微管相关蛋白轻链3(LC3)等参与自噬过程的调控[2]。正常情况下细胞内的自噬处于低水平,但在应激状态(如饥饿、缺氧等)下自噬被激活,为能量耗竭的细胞提供能量,因此自噬对维持细胞内稳态至关重要[3]。尽管自噬是细胞生存的一种机制,但在特定环境条件下,自噬也能促进细胞死亡[4]。根据细胞内物质被降解途径的不同,可将自噬分为3种类型[5]:巨自噬、微自噬和分子伴侣介导的自噬,其中巨自噬是目前研究最为广泛的自噬类型。近年来研究发现,巨自噬对于多种免疫细胞的发育、分化和功能发挥都具有重要调控作用,本文就巨自噬对T细胞发育、活化、分化和功能的影响进行综述。


  1 、自噬与T淋巴细胞发育


  骨髓造血干细胞(HSC)具有高度的自我更新和分化能力,在HSC发育分化为成熟T淋巴细胞过程中,自噬发挥重要的调节作用。自噬基因缺失的HSCs功能发生明显异常,更倾向于向髓系干细胞分化,导致骨髓中髓系细胞的异常增生,淋巴系细胞比例下降[6]。有研究发现,在自噬基因缺失的HSCs及其下游的前体细胞中,细胞内出现大量聚集的线粒体,细胞内ROS水平也明显升高[7]。同时,细胞内DNA损伤增加,细胞过度增殖导致HSCs的自我更新能力下降,HSCs失去其再生能力。通过自噬及时清除异常积累的线粒体可维持正常的HSC功能,同时也是产生淋巴系祖细胞的必要条件。此外,单阳性胸腺T淋巴细胞发育为成熟的外周T细胞时,依赖于自噬介导的线粒体含量降低。与野生型小鼠相比,自噬相关基因Atg5、Atg7、Atg3或Vps34缺失的小鼠T细胞在胸腺内的发育过程未受明显影响,但在脾脏和淋巴结中的成熟T淋巴细胞数量显着减少;自噬基因Beclin-1缺陷小鼠胸腺和外周T淋巴细胞数量均显着减少[8]。自噬功能缺陷的T细胞线粒体积累增加,ROS产生增加,凋亡诱导因子的释放也增加,从而导致细胞数量减少[9]。在自然杀伤性T细胞(NKT)的发育过程中,Atg5或Atg7基因缺失可导致NKT细胞发育的第Ⅱ和第Ⅲ阶段阻滞,而Vps34的缺失导致NKT细胞发育的第0阶段阻滞[10]。


  MHC限制性的获得是T淋巴细胞胸腺发育的重要环节,多种抗原可通过自噬途径被抗原提呈细胞表面MHCⅡ类分子提呈。一般认为MHCⅡ类分子提呈外源性抗原,但有10%~30%的MHCⅡ类配体来源于胞质和胞核抗原[11]。研究发现,胸腺上皮细胞(TEC)具有高水平的自噬活性,在TEC中自噬体与MHCⅡ类区室(MⅡC)融合后,定位于自噬体表面的MHCⅡ类分子将细胞质抗原提呈给CD4+T细胞,因此,自噬是TEC中MHCⅡ类分子加载内源性抗原的重要机制[12]。TEC的自噬水平对T细胞发育过程中的阴性选择和阳性选择也发挥重要调节作用[13]。但自噬是如何调节T细胞发育过程中的胸腺选择尚不明确,仍需进一步研究。


  2、 自噬与T淋巴细胞活化


  静息状态下,T细胞自噬活性维持在较低水平,但激活后自噬活性明显上调。T细胞活化依赖于内质网稳定的钙离子流,自噬通过维持内质网钙流量的稳态参与T细胞活化[14]。TCR信号通过肌浆/内质网Ca2+ATPase(SERCA)泵导致内质网钙的快速释放,基质相互作用分子-1被激活,导致细胞膜上钙释放激活的钙通道打开和细胞外钙的流入[15]。T细胞内钙水平增加可激活5'AMP活化蛋白激酶(AMPK),AMPK进而通过抑制mTORC1激活自噬,促进T细胞的活化[16]。在Atg7缺失的T细胞中,钙内流受到阻碍,钙离子与内质网异常积聚,导致T细胞对TCR的刺激无反应,从而抑制T细胞的活化[17]。此外,T细胞活化的早期阶段,在外部营养条件有限的情况下,需要自噬提供能量需求。在Atg7缺失的T细胞中,TCR和CD28结合配体后ATP的产生减少,从而抑制了T细胞活化[18]。另外,一些研究表明,自噬通过选择性降解细胞周期抑制剂CDKN1B调节T细胞活化后的增殖。由于Atg7缺失的T细胞中的自噬依赖性降解减少而导致CDKN1B的积累,T细胞在TCR刺激后不能进入S期进行增殖,可导致机体清除入侵病原体缺陷[19]。同样,自噬介导的蛋白质酪氨酸磷酸酶PTPN1降解将消除该蛋白磷酸酶对TCR下游信号通路的抑制作用,并允许有效的T细胞活化。


  NF-κB信号途径分子在T细胞活化过程中发挥重要作用,而衔接蛋白Bcl10则是NF-κB信号途径分子的调节剂。研究发现,TCR活化信号促进了Bcl10在K63位的多聚泛素化,并促使泛素化后的Bcl10与衔接蛋白p62结合,进入自噬途径被选择性降解[20]。抑制自噬活性可以增强TCR信号对NF-κB的激活。另外,自噬依赖性Bcl10降解只发生在效应T细胞,而不发生在初始T细胞。因此,自噬通过调节效应T细胞NF-κB信号途径,在T细胞活化过程中参与TCR信号的负向调节,防止T细胞过度活化所引发的严重炎症反应。


  3、 自噬与T淋巴细胞的分化和功能


  细胞因子及其受体在调节T细胞分化和功能方面发挥重要作用,首先,初始CD4+T细胞活化后分化是一个复杂的过程,这种分化过程赋予CD4+T细胞亚群特定的效应功能。每个CD4+T亚群的分化也是由一种特定的细胞因子驱动的,如Th1细胞的IL-12,Th2细胞的IL-4和调节性CD4+T细胞(Treg)的TGF-β[21]。有研究发现,常见的γ链细胞因子受体,如IL-2受体,可诱导CD4+T细胞的自噬[22]。在CD4+T细胞中,IL-2在TCR作用后早期分泌,对细胞持续增殖及效应分化和记忆细胞的形成至关重要。因此,CD4+T细胞的分化和功能可能来自细胞因子诱导的自噬激活。另外,CD4+T细胞的每个亚群利用自噬进行分化和功能的程度也不同[23]。例如,自噬对Th2和Th9细胞的扩张和分化都有抑制作用,而Th1和Treg在分化和功能上严重依赖自噬。这种差异可能是由于每个CD4+T细胞亚群所使用的细胞因子信号通路及其各自的代谢途径不同。自噬功能缺陷会造成细胞内受损蛋白质的聚集,使众多胞内信号途径无法正常调节,从而影响T细胞功能,引起自身免疫性疾病和肿瘤等。最后,自噬也可促进CD8+记忆T细胞产生,提高疫苗效力、抗病原体反应及T细胞免疫治疗[24]。自噬还在NKT细胞的分化和功能中起重要作用。NKT细胞在胸腺中的分化过程中,自噬作用增强,并通过有丝分裂作用调节线粒体含量。因此,自噬缺乏的NKT细胞线粒体和氧自由基聚集,导致细胞凋亡增加[25]。


  4 、自噬与T淋巴细胞相关免疫疾病


  T细胞内自噬活性的改变与自身免疫病、肿瘤等多种疾病有关。在狼疮T细胞中,自噬活性降低,以线粒体含量增加、线粒体超极化和ATP耗竭为特征的线粒体功能障碍导致T细胞异常活化和坏死增强[26]。随后,坏死的T细胞碎片引发自身抗体产生、炎症和组织损伤。自噬还可通过促进记忆性T细胞的形成促进系统性红斑狼疮(SLE)的发生[27]。因此,仍需进一步的研究来了解自噬在SLE中作用的详细机制。自噬在肿瘤的发生、发展中发挥双重作用。首先,自噬除了可以清除异常积累的线粒体,防止ROS产生增多所导致的DNA损伤和突变外,还可通过其他机制促进基因组稳定性,抑制肿瘤的发生[28]。在自噬受损的情况下,p62/SQSTM1蛋白的积累导致DNA损伤和基因组不稳定性。自噬基因Beclin-1已被证明可以抑制肿瘤的发生。人类乳腺癌和卵巢癌中最常见的基因改变之一是Beclin-1的等位基因缺失,表现出更高侵袭性和更差的患者生存率。小鼠乳腺上皮细胞中Beclin-1的等位基因缺失会促进乳腺癌的发生、DNA损伤以及体内基因组的不稳定性[29,30]。还有研究表明,自噬可通过调节CD8+T细胞的代谢和影响记忆T细胞的产生参与抗肿瘤免疫[31]。然而,自噬在抑制肿瘤发生的同时,也有研究表明自噬的促肿瘤作用。最近的一项研究表明,胰腺导管腺癌(PDAC)中自噬通过选择性靶向MHCⅠ类分子降解从而实现免疫逃逸,抑制自噬能够恢复细胞表面MHCⅠ水平,增加抗原提呈和CD8+T细胞的抗肿瘤效应[32]。因此,自噬在T细胞相关免疫疾病中的作用可以作为其新的治疗策略。


  5 、展望


  综上所述,自噬对T淋巴细胞的发育、活化、分化和功能至关重要,而T淋巴细胞在机体的免疫应答中发挥不可替代的作用。尽管现有研究发现自噬在T淋巴细胞的调控作用十分明显,但自噬对其调控的具体机制尚未完全阐明,仍需进一步研究。自噬功能缺陷与自身免疫病和肿瘤等多种疾病密切相关,因此研究自噬在T淋巴细胞中的调控作用,对临床相关疾病的诊断和治疗具有重要意义。


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作者单位:华北理工大学基础医学院原文出处:郭晗,郑全辉.自噬在T淋巴细胞中的调控作用[J].中国免疫学杂志,2021,37(17):2166-2169.