T細胞與樹突狀細胞免疫突觸中的雙向對話

引言

在適應性免疫的背景下，T細胞被專業抗原呈遞細胞（APC）激活，這一過程始于APC上的肽-MHC復合物被T細胞上的T細胞受體（TCR）和CD3共受體復合物識別。這觸發了T細胞形態的重組、免疫突觸（IS）的形成，以及最終導致核激活的信號傳遞。T細胞與APC（如樹突狀細胞DC）之間的相互作用最初被視為APC指令T細胞的單向信息傳遞。現在已明確，在免疫突觸處存在雙向的交流，T細胞同樣塑造著APC的功能。“DC許可”的概念最初即提示了T細胞在修飾DC功能中的指導性作用。近期的研究為DC在與T細胞于免疫突觸處發生抗原驅動接觸期間發生的變化提供了重要見解。

免疫突觸是T細胞與APC（如DC、B細胞和巨噬細胞）相互作用期間形成的高度有序結構。在IS形成過程中，T細胞和APC改變其細胞形態并獲得參與宿主免疫的特異性效應功能。IS最初被描述為發生在T細胞與攜帶肽-MHC復合物的APC相互作用的界面處的超分子結構。在T細胞側，TCR、粘附分子和信號分子被分隔成不同的膜亞域，這些區域被稱為中央、外周和遠端超分子激活簇。IS可被視為一個短暫的雙向通訊設備，具有高能量需求，并由一系列步驟組織。

一、T細胞側的IS：從整合素到代謝信號的整合

T細胞通過主動掃描潛在APC的細胞表面，在其局部組織環境中尋找特異性抗原。粘附分子，如LFA1整合素及其受體ICAM1和ICAM3，介導這些探索性接觸，從而促進TCR與APC上pMHC復合物的初始相互作用。因此，這些整合素通過增加發現同源抗原的機會來支持TCR激活。對于IS形成，TCR與pMHC的結合通過由內向外信號傳導觸發細胞表面富含整合素的微絨毛的快速穩定，這涉及肌動蛋白細胞骨架的動態變化。這些變化導致TCR及其相關信號分子的同時聚集。這具有重要意義，因為在IS的T細胞側，響應TCR激活的細胞骨架重塑對于促進一系列最終導致極化信號傳播和T細胞代謝重連的細胞重組至關重要。

TCR激活涉及TCR-CD3復合物的快速構象變化以及肌動蛋白調節因子NCK向這些復合物的募集，從而加強了由整合素啟動的肌動蛋白動力學。TCR的進一步激活取決于其相關CD3復合物的細胞內免疫受體酪氨酸激活基序（ITAM）的磷酸化。在此背景下，與淋巴細胞特異性蛋白酪氨酸激酶LCK相關的CD4共受體可以結合與所接合TCR相同的pMHC II類復合物。這促進了LCK介導的CD3相關ITAM的磷酸化，從而促進了順式-反式TCR-CD3-pMHCII-CD4簇的穩定性和功能。值得注意的是，與CD4或CD8共受體結合的LCK是響應低親和力抗原所必需的。然而，由于與CD4結合的LCK具有激酶非依賴性的銜接功能，CD4? T細胞比CD8? T細胞更依賴于LCK進行成熟。

TCR和LFA1分子從IS的外部區域向其中心聚集，直到它們在成熟的突觸中被分隔開。這一事件與肌動蛋白和非肌肉肌球蛋白IIA的同心弧動力學密切相關，突出了肌動蛋白-肌球蛋白細胞骨架作為不同受體的共享連接元素的作用。分子在IS處的相對位置對于持續的信號傳導是相關的。在這方面，控制早期TCR依賴性LCK自抑制激活的CD45酪氨酸磷酸酶受到動態調節，并良好地定位在TCR附近的超分子組裝中。在TCR識別抗原之前，CD45已被預先排除在T細胞微絨毛的尖端之外，從而允許不同形式的磷酸化LCK存在，并在TCR激活時促進穩定的IS形成。此外，另一種受體樣酪氨酸磷酸酶CD148也通過從其IS中的底物被排除而受到調節，因為它負責負向調節TCR激活。

所有這些信號都促進肌動蛋白細胞骨架動力學，通過維持膜上不同受體的流動相來幫助TCR信號轉導。這促進了蛋白質-蛋白質相互作用，例如在形成連接蛋白用于T細胞激活的信號體（LAT signalosome）中，這是產生第二信使肌醇1,4,5-三磷酸和二酰甘油所必需的，從而導至細胞內鈣流和PKC激活。LAT還在質膜上形成微域，這些微域被聚集到TCR微域，有助于通過由LCK組織的橋梁促進ZAP70在ITAMs處激活LAT。這些信號通路中的任何故障都會導致T細胞應答缺陷；然而，為了T細胞的完全激活，還需要其他額外的信號。

二、T細胞側IS：共刺激、細胞因子與代謝信號

第二個對T細胞完全激活至關重要的信號是共刺激。CD28是T細胞上的一個主要共刺激分子，它與APC表達的B7分子（也稱為CD80和CD86）結合。CD28在初始T細胞首次遇到其同源抗原時產生激活信號，導至持續的IL-2產生和T細胞增殖。在一些記憶T細胞中，CD28表達會丟失，CD2分子似乎是其激活的主要替代共刺激途徑。然而，CD28共刺激對記憶T細胞激活的影響在TGN1412試驗中觀察到的不良事件中得到了揭示。在該試驗中，單獨給予CD28超激動劑引發了效應記憶T細胞的強烈免疫應答。CD28在IS處的定位受TCR激活調節，TCR激活促進CD28快速募集到IS中心，有利于T細胞激活。CD28的交聯允許LCK介導其細胞內YMNM信號基序的磷酸化以及PI3K和GRB2中SH2結構域的結合。這些相互作用加強了肌動蛋白動力學和TCR下游信號傳導。PI3K隨后可以增加質膜中磷脂酰肌醇3,4-二磷酸和磷脂酰肌醇3,4,5-三磷酸脂質的水平，從而能夠募集和激活含有特定pleckstrin同源結構域的蛋白質，如磷酸肌醇依賴性蛋白激酶1。PDK1反過來激活蛋白激酶B軸，以調節與蛋白質合成、細胞代謝和細胞存活相關的多種通路。CD28-B7對數量的增加極大地降低了T細胞運動性，通過增加IS的穩定性有利于調節性T細胞與DC的相互作用。鑒于DC成熟涉及它們CD80和CD86分子表達的增加，從而增強了與Treg細胞的相互作用，這一點尤為重要。通過這種方式，Treg細胞可以促進DC的免疫調節功能，有助于維持外周耐受并避免自身免疫反應。

第三個IS信號由細胞因子和趨化因子傳遞，它們可以作為T細胞的抑制性或共刺激分子。這些分子在T細胞與DC相互作用中的作用已在體外和體內進行了研究，并且由于它們在調節TCR激活和T細胞分化方面的重要性而顯得重要。在這方面，趨化因子的第一個作用可能是響應于暴露于可溶性趨化因子（如淋巴結中的CCL21和CCL19）而增加的T細胞運動性。這可能使整合素依賴性地掃描多個DC成為可能。CCL21和CCL19也結合在淋巴濾泡T細胞區DC的表面，這些可以促進T細胞運動減速，從而促進檢測APC上的同源抗原并導至IS形成。

代謝變化在T細胞激活期間已被廣泛研究。近年來，某些代謝物作為IS形成的關鍵參與者受到了極大關注。生物活性脂質積極參與IS形成，如鞘氨醇-1-磷酸的例子。例如，富含脂質的微域已知對于TCR-CD3信號復合物的激活至關重要，而膽固醇在維持這些復合物處于非活性狀態中的作用最近得到了證實。這項研究導至鑒定了TCRβ和CD3ε中的特異性突變，這些突變阻止膽固醇結合并促進CD3ζ的自激活。其他脂質（如磷酸肌醇和二酰甘油）的相關性對于T細胞的下游信號傳導和效應功能是眾所周知的。此外，其他代謝物，如氨基酸，已被定義為早期T細胞激活的第四信號，在IS形成和mTOR調節中發揮作用。

氨基酸轉運蛋白在T細胞激活和IS形成中的作用是一個活躍的研究領域。IS處的氨基酸通量可以通過mTOR復合物1促進由TCR觸發驅動的、積聚的mRNA的早期翻譯增加。這一過程通過TCR介導的基因轉錄活性上調得到進一步加強，從而促進了對氨基酸的長期需求。通過這種方式，氨基酸供應對于通過促進不對稱T細胞分裂來實現T細胞效應功能、增殖和分化是必需的。SLC7A5是異二聚體轉運蛋白復合物的一個組成部分，與糖蛋白SLC3A2一起，專門負責轉運必需氨基酸，包括色氨酸、苯丙氨酸和亮氨酸。在銀屑病研究中，該復合物被證明由激活的CD4? T細胞和γδ T細胞表達，并通過由IL-23和IL-1β誘導的PI3K-mTOR通路調節IL-17釋放和T細胞增殖。同樣在銀屑病背景下，芳烴受體響應其配體從細胞質易位到細胞核，以控制多種靶基因的轉錄，如IL-22，由產生IL-17的γδ T細胞產生；這一過程由質膜上的CD69和LAT1受體協調。在類風濕關節炎中，SLC7A5的缺乏直接影響淋巴結中CD4? T細胞的IS形成。SLC7A5還在細胞外蛋氨酸的攝取中發揮作用，這對于IS處mTOR依賴性蛋白質表達和RNA甲基化是必需的，這對于通過TCR介導和CD28介導的信號傳導實現T細胞的完全激活至關重要。

其他代謝物轉運蛋白對于支持IS應答同樣重要。SLC1A5調節CD8? T細胞激活期間的天冬酰胺轉運，導至LCK磷酸化增加并增強CD8? T細胞的抗腫瘤活性。天冬酰胺的攝取及其對T細胞激活的貢獻受到高度調控，并與TCR誘導的、mTOR依賴性天冬酰胺合成酶的表達相協調。另一個被確定為與IS形成相關的代謝物是細胞外ATP，它由嘌呤能受體感知。PANX1通道在IS處積累，促進eATP的釋放，eATP主要由線粒體產生。隨后eATP與IS處的P2X1和P2X4受體結合，促進Ca2?內流并增加胞質Ca2?水平，這是一個自分泌刺激過程。這種eATP在淋巴結中通過其受體P2X4和P2X7在其他形成IS的細胞存在下發揮旁分泌效應，誘導遷移T細胞停滯，從而促進有效的T細胞-APC接觸增加。

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三、DC側的IS：從抗原呈遞到后突觸DC的重編程

IS的DC側反映了T細胞側的分子重組。MHC分子需要被重組以與在T細胞側分隔的TCR復合物相互作用。初始接觸通過激活粘附分子誘導GM-CSF衍生DC中pMHCII復合物的聚集。這是通過由肌動蛋白介導的MHC分子集中實現的。為此，需要小GTP酶Rac1和Rac2來組織IS處DC側的肌動蛋白細胞骨架。由DC側WAVE調節復合物的活性驅動的快速肌動蛋白動力學促進了瞬態肌動蛋白灶的組織，這些肌動蛋白灶調節接觸持續時間和T細胞的觸發。這也得到了所報道的T細胞-DC IS的多灶結構而非單一焦點IS的支持。

CD4? T細胞不需要與DC長時間接觸來激活NFAT和產生IFNγ。DC中心體可以極化朝向接觸部位，以便內體靠近IS。這有助于通過微管介導的運輸將含有MHCII分子的內體募集到與CD4? T細胞形成的IS，從而加強MHC聚集。同樣，與其T細胞配體接合的其他分子被帶到該區域，如ICAM1的情況，以加強粘附。通過CD40L對T細胞的進一步共刺激發生在DC側IS處CD40的分隔。

細胞骨架的重組影響DC側信號分子的空間積累，包括響應于從T細胞攝取的細胞外囊泡而產生的差異信號。T細胞衍生的細胞外囊泡含有氧化的線粒體DNA，可以通過激活cGAS-STING通路激活DC中的干擾素型信號應答，從而促進DC對感染的抵抗力。這些細胞外囊泡也影響DC在癌癥背景下的免疫活性。術語“跨突觸囊泡”已被用于指在IS形成期間由T細胞釋放并定向至APC的囊泡。來自這些細胞外囊泡的蛋白質和microRNA被證明可以增強DC的CD40L介導和ICOS介導的應答。最終，所有這些事件導至DC側信號級聯的激活，從而誘導這些APC的重編程。因此，這些研究支持了IS對于DC重編程的重要性。

分子重編程：后突觸DC（psDC）的形成與功能

新興數據支持在IS形成期間對DC進行主動指導，導致一種不同的DC狀態，我們稱之為后突觸DC。在向初始T細胞呈遞抗原期間，信息雙向流動：流向相互作用的T細胞側，如經典認為的那樣，但也通過質膜受體的接合和在細胞-細胞接觸處傳遞的細胞外囊泡流向DC側。這些相互作用用于通過影響其轉錄組和蛋白質組的表觀遺傳變化來指導DC，并最終影響其產生細胞因子、遷移、交叉呈遞抗原以及通過非同源相互作用激活其他免疫細胞的能力。psDC顯示出抗病毒免疫通路的重編程，上調了一組干擾素刺激基因，如ISG15、IFIT1和IFIT3，以及其他參與I型干擾素應答的蛋白質。它們還顯示出CCR7表達增加，并改變其代謝命運，經歷脂質過氧化。這促進了通過其MHC I類通路交叉呈遞抗原，有利于CD8? T細胞激活并增加針對細胞內病原體的免疫力。

DC可以獲取長壽命的記憶樣表型，并且甚至可以在抗原呈遞后在淋巴結中保持功能長達2周。這與先前的范式形成對比，后者認為淋巴結中的抗原呈遞會導至psDC通過凋亡、T細胞依賴性殺傷或清除而死亡。在向T細胞呈遞抗原和IS形成后，psDC顯示出活躍的信號通路，例如由CD40、RANK或Notch誘導的STAT3信號傳導，這些信號傳遞抗凋亡信號，從而增加psDC的壽命。

抗原呈遞也導致psDC在轉錄組、表觀基因組和蛋白質組水平上發生功能變化。psDC的轉錄組分析顯示，與對照DC相比，psDC中多個基因上調，如Ccr7、Isg15、Fscn1、Cd40、Ebi3、Il12b、Ccl22和Apol7c。源自BMDC的psDC也顯示出改變的表觀遺傳譜，在上調基因中具有更高的染色質可及性和H3K4三甲基化，表明存在記憶樣表型。功能變化包括增強CCL19依賴性遷移，與Ccr7上調相關，并促進有效歸巢至引流淋巴結。使用LIPSTIC方法，通過CD40-CD40L相互作用與T細胞接合的原代DC可以被標記并在體內追蹤。結合PIC-seq，這些技術使得能夠在免疫小鼠的引流淋巴結中研究psDC群體的轉錄組變化。在不同實驗模型中確定的psDC基因譜是一致的。這些基因似乎在使用轉基因OT-II CD4? T細胞進行IS研究的模型中以及在使用線蟲巴西日圓線蟲的模型中都是保守的。

交叉呈遞與后突觸DC的許可

psDC通過IS處的CD40信號傳導獲得CD4? T細胞的許可。這對于通過DC許可產生CD8? T細胞應答至關重要。psDC的許可促進向CD8? T細胞交叉呈遞抗原，這對于激活針對腫瘤細胞和細胞內病原體的CD8? T細胞應答尤為重要。交叉呈遞是一個關鍵過程，其中抗原從吞噬體逃逸到細胞質，被蛋白酶體降解，然后肽被裝載到MHC I類分子上。NOX2含有的NADPH氧化酶介導的脂質過氧化可能破壞內體膜以允許抗原釋放，從而有助于這一過程。表達DNGR1的cDC1s可以被肌球蛋白和F-actin復合物觸發，并激活SYK和含NOX2的NADPH氧化酶，隨后引起吞噬體損傷并幫助抗原逃逸。由Apol7c編碼的蛋白質作為吞噬體孔形成分子，從而有助于cDC1s中抗原逃逸到細胞質。Mpg1編碼的穿孔素2全長同工型的限制性表達允許這種孔形成蛋白定位于溶酶體，并有助于cDC1s中抗原逃逸以進行交叉呈遞。IS有利于psDC中的差異蛋白質組重塑，其中包括MHC I類分子（而非MHC II類分子）的上調，以及其他參與交叉呈遞的蛋白質。事實上，系統生物學基礎的蛋白質組分析預測了氧化還原穩態的失調，并在psDC與未許可DC中觀察到，并通過體內免疫接種期間psDC中脂質過氧化的增加進一步證實，從而涉及增強的交叉呈遞和抗原特異性CD8? T細胞應答。這發生在原代DC和GM-CSF誘導的BMDC中。很可能脂質過氧化和MHC I類分子的上調并不是實現許可的唯一潛在機制。

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結語

免疫突觸是一個高度動態和雙向的通訊平臺，它深刻地重塑了T細胞和DC的生物學特性。通過整合來自TCR、共刺激分子、細胞因子和代謝物的信號，IS精確調控了T細胞的激活、分化、效應功能和代謝重編程。與此同時，T細胞通過CD40L等分子和細胞外囊泡，主動地“教育”DC，將其轉化為功能增強的后突觸DC，后者具有更強的遷移能力、抗原呈遞能力（特別是交叉呈遞）和抗感染/抗腫瘤免疫力。這種雙向對話是適應性免疫應答有效啟動和調控的核心。最終，對免疫突觸的深入探索將繼續為開發更有效的抗感染、抗腫瘤和自身免疫病治療策略提供關鍵理論基礎。

參考資料：

How crosstalk at the immune synapse shapes T cell and dendritic cell biologys. Nat Rev Immunol. 2026 Jan 21.

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