《Nature》報道T細胞功能調(diào)控的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子

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來源：清華大學(xué)

2019-03-10

T細胞是適應(yīng)性免疫系統(tǒng)的主要組成部分，它們在病菌感染中被功能活化，參與宿主防御，但是遇到自身抗原或者在慢性感染和腫瘤微環(huán)境中，它們會發(fā)生命運改變，進入功能失能命運，但是調(diào)控T細胞功能失能的分子機制會不清楚。

T細胞是適應(yīng)性免疫系統(tǒng)的主要組成部分，它們在病菌感染中被功能活化，參與宿主防御，但是遇到自身抗原或者在慢性感染和腫瘤微環(huán)境中，它們會發(fā)生命運改變，進入功能失能命運，但是調(diào)控T細胞功能失能的分子機制會不清楚。本研究通過轉(zhuǎn)錄組及表觀組學(xué)手段，發(fā)現(xiàn)功能缺陷的T細胞 [Dysfunctional T cell]，包括免疫耐受T細胞 [Tolerant T cell] 和慢性感染和腫瘤微環(huán)境導(dǎo)致的耗竭T細胞 [Exhausted T cell]，都特異性穩(wěn)定高表達轉(zhuǎn)錄因子NR4A1。NR4A1對于自身免疫疾病和腫瘤免疫都起著關(guān)鍵負調(diào)控作用。機制上，它一方面通過競爭性結(jié)合AP-1在染色質(zhì)的結(jié)合位點，從而阻抑T細胞功能分子的表達；另一方面，NR4A1與染色質(zhì)超級增強子區(qū)域[Super enhancer]的結(jié)合能夠促進組蛋白的乙?；?H3K27ac)，引發(fā)免疫耐受相關(guān)基因的超表達。

相對于活化T細胞識別殺傷入侵病原體，T細胞對自身抗原的耐受是防止自身免疫疾病的重要機制。在T細胞激活過程中，活化性共刺激分子(B7.1，B7.1，和B7h)以及抑制性共刺激分子(CTLA-4，PD-1，B7H3，B7S1等)的多寡決定了T細胞活化或者耐受的命運。當抑制性共刺激分子主導(dǎo)時，T細胞分化成耐受T細胞。研究者利用同時缺失主要共刺激分子B7.1， B7.2和B7h的抗原遞呈細胞將CD4+ T細胞分化成耐受T細胞(圖1) 。轉(zhuǎn)錄組聯(lián)合表觀組-組蛋白甲基化[H3K4me3 和H3K27me3]分析發(fā)現(xiàn)，相對于效應(yīng)性T細胞亞型(Th1， Th2， Th17)，耐受T細胞展現(xiàn)獨特的基因表達及表觀修飾特征—效應(yīng)基因表達大量下調(diào)，耐受及耗竭相關(guān)基因上調(diào)；轉(zhuǎn)錄啟動子區(qū)的H3K4me3修飾水平總體下降。

進一步分析發(fā)現(xiàn)核受體家族轉(zhuǎn)錄因子-NR4A1在耐受T細胞穩(wěn)定高表達；過表達NR4A1抑制T細胞的增殖以及效應(yīng)功能，而NR4A1-/- T細胞效應(yīng)功能過度活化，免疫耐受調(diào)節(jié)喪失，并能促發(fā)T細胞介導(dǎo)的腸炎。這些體內(nèi)外實驗表明NR4A1是調(diào)控T細胞活化或者免疫耐受的關(guān)鍵因子。

阻斷T細胞免疫檢查點是腫瘤免疫治療的重要策略。重要的是，在小鼠淋巴瘤模型中，研究者發(fā)現(xiàn)腫瘤浸潤的耗竭CD8+ T細胞大量表達NR4A1，而在anti-PD1治療組中，伴隨著腫瘤浸潤T細胞殺傷活力的部分恢復(fù)，NR4A1表達水平以及結(jié)合在開放染色質(zhì)的數(shù)量顯著下調(diào)。進一步的T細胞過繼實驗證明敲除NR4A1賦予CD8+ T細胞更強的效應(yīng)功能，更好地抵御腫瘤以及病毒的耗竭微環(huán)境的能力(圖2)。

研究者進一步通過NR4A1 過表達的轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析以及ChIP-seq 實驗探究NR4A1調(diào)控T細胞功能失常的分子機制。他們發(fā)現(xiàn)，在耐受T細胞中，NR4A1的染色質(zhì)結(jié)合位點與調(diào)控T細胞活化的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子AP-1的位點一致。進一步的EMSA，reporter assay，以及NR4A1 過表達和其缺失細胞中的ChIP-seq實驗證實，NR4A1能夠競爭性結(jié)合AP-1在染色質(zhì)的結(jié)合位點，從而阻抑AP-1-調(diào)控效應(yīng)分子的表達。同時，NR4A1 結(jié)合位點與染色質(zhì)超級增強子區(qū)域[Super enhancer]組蛋白乙?；?(H3K27ac)水平正相關(guān)：過表達NR4A1增強該區(qū)域的H3K27ac水平，進而上調(diào)免疫耐受和耗竭相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄；而敲除NR4A1 下調(diào)這些位點的H3K27ac (圖3)。上述研究鑒定了以NR4A1為核心的轉(zhuǎn)錄調(diào)控T細胞耐受及耗竭新機制。

本文共同第一作者分別是劉新東（陸軍軍醫(yī)大學(xué)西南醫(yī)院全軍臨床病理學(xué)研究所教授，董晨教授的前博士后)、王云（陸軍軍醫(yī)大學(xué)西南醫(yī)院病理學(xué)研究所卞修武教授研究生）、路惠平（清華大學(xué)董晨課題組成員），董晨、劉新東、卞修武是共同通信作者，其他合作者包括清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院董晨教授課題組、西南醫(yī)院病理學(xué)研究所、美國MD Anderson癌癥中心、西雅圖系統(tǒng)生物學(xué)研究所、陸軍軍醫(yī)大學(xué)全軍醫(yī)學(xué)院、中山大學(xué)眼科中心和中科院上海生命科學(xué)研究院等單位研究人員。研究工作得到科技部（國家重點研究計劃項目）、國家自然科學(xué)基金委、北京市科委、重慶市科委等資助。

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