《Nature》報(bào)道T細(xì)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(xì)胞是適應(yīng)性免疫系統(tǒng)的主要組成部分，它們?cè)诓【腥局斜还δ芑罨?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(huì)發(fā)生命運(yùn)改變，進(jìn)入功能失能命運(yùn)，但是調(diào)控T細(xì)胞功能失能的分子機(jī)制會(huì)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(xì)胞 [Dysfunctional T cell]，包括免疫耐受T細(xì)胞 [Tolerant T cell] 和慢性感染和腫瘤微環(huán)境導(dǎo)致的耗竭T細(xì)胞 [Exhausted T cell]，都特異性穩(wěn)定高表達(dá)轉(zhuǎn)錄因子NR4A1。NR4A1對(duì)于自身免疫疾病和腫瘤免疫都起著關(guān)鍵負(fù)調(diào)控作用。機(jī)制上，它一方面通過競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合AP-1在染色質(zhì)的結(jié)合位點(diǎn)，從而阻抑T細(xì)胞功能分子的表達(dá)；另一方面，NR4A1與染色質(zhì)超級(jí)增強(qiáng)子區(qū)域[Super enhancer]的結(jié)合能夠促進(jìn)組蛋白的乙?；?H3K27ac)，引發(fā)免疫耐受相關(guān)基因的超表達(dá)。

相對(duì)于活化T細(xì)胞識(shí)別殺傷入侵病原體，T細(xì)胞對(duì)自身抗原的耐受是防止自身免疫疾病的重要機(jī)制。在T細(xì)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(xì)胞活化或者耐受的命運(yùn)。當(dāng)抑制性共刺激分子主導(dǎo)時(shí)，T細(xì)胞分化成耐受T細(xì)胞。研究者利用同時(shí)缺失主要共刺激分子B7.1， B7.2和B7h的抗原遞呈細(xì)胞將CD4+ T細(xì)胞分化成耐受T細(xì)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(duì)于效應(yīng)性T細(xì)胞亞型(Th1， Th2， Th17)，耐受T細(xì)胞展現(xiàn)獨(dú)特的基因表達(dá)及表觀修飾特征—效應(yīng)基因表達(dá)大量下調(diào)，耐受及耗竭相關(guān)基因上調(diào)；轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)子區(qū)的H3K4me3修飾水平總體下降。

進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)核受體家族轉(zhuǎn)錄因子-NR4A1在耐受T細(xì)胞穩(wěn)定高表達(dá)；過表達(dá)NR4A1抑制T細(xì)胞的增殖以及效應(yīng)功能，而NR4A1-/- T細(xì)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(xì)胞介導(dǎo)的腸炎。這些體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)表明NR4A1是調(diào)控T細(xì)胞活化或者免疫耐受的關(guān)鍵因子。

阻斷T細(xì)胞免疫檢查點(diǎn)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(xì)胞大量表達(dá)NR4A1，而在anti-PD1治療組中，伴隨著腫瘤浸潤T細(xì)胞殺傷活力的部分恢復(fù)，NR4A1表達(dá)水平以及結(jié)合在開放染色質(zhì)的數(shù)量顯著下調(diào)。進(jìn)一步的T細(xì)胞過繼實(shí)驗(yàn)證明敲除NR4A1賦予CD8+ T細(xì)胞更強(qiáng)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(jìn)一步通過NR4A1 過表達(dá)的轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析以及ChIP-seq 實(shí)驗(yàn)探究NR4A1調(diào)控T細(xì)胞功能失常的分子機(jī)制。他們發(fā)現(xiàn)，在耐受T細(xì)胞中，NR4A1的染色質(zhì)結(jié)合位點(diǎn)與調(diào)控T細(xì)胞活化的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子AP-1的位點(diǎn)一致。進(jìn)一步的EMSA，reporter assay，以及NR4A1 過表達(dá)和其缺失細(xì)胞中的ChIP-seq實(shí)驗(yàn)證實(shí)，NR4A1能夠競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合AP-1在染色質(zhì)的結(jié)合位點(diǎn)，從而阻抑AP-1-調(diào)控效應(yīng)分子的表達(dá)。同時(shí)，NR4A1 結(jié)合位點(diǎn)與染色質(zhì)超級(jí)增強(qiáng)子區(qū)域[Super enhancer]組蛋白乙?；?(H3K27ac)水平正相關(guān)：過表達(dá)NR4A1增強(qiáng)該區(qū)域的H3K27ac水平，進(jìn)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(diǎn)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(xì)胞耐受及耗竭新機(jī)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(diǎn)研究計(jì)劃項(xiàng)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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