TCR細(xì)胞通路研究進(jìn)展

1、tcr信號通路研究新進(jìn)展t細(xì)胞相關(guān)免疫療法在近期的癌癥研究中大放異彩，“主力部隊”是car-t和tcr-t這兩種技術(shù)。相對于car-t細(xì)胞療法，tcr-t療法的關(guān)注度相對低些，但是這兩種細(xì)胞療法都屬于利用患者自身的t淋巴細(xì)胞治療癌癥的前沿基因療法。研究發(fā)現(xiàn)，在實體瘤治療方面,tcr療法可能比car療法更有優(yōu)勢。t細(xì)胞在免疫系統(tǒng)中具有重要作用，可以攻擊病原體和腫瘤細(xì)胞。t細(xì)胞受體（tcr）能識別不同的廣泛親和力的配體，參與激活多種生理過程tcr細(xì)胞療法定制功能性tcr，具有最佳的抗原識別特性，利用人體免疫系統(tǒng)來對抗癌癥。那么，這種療法的分子機(jī)制是什么呢？與之相關(guān)的TcR信號通路的分子調(diào)控機(jī)制有怎

2、樣的研究進(jìn)展呢？本文將對這些問題進(jìn)行綜合性講述。TCR蛋白結(jié)構(gòu)oQLTAM5recognitionI圖一TcR復(fù)合物結(jié)構(gòu)t細(xì)胞作為適應(yīng)性免疫應(yīng)答的主要組成部分，其抗原識別受體結(jié)構(gòu)以被證實，克隆獲得的tcr由a-鏈和B-鏈構(gòu)成異源二聚體。tcr異源二聚體主要與CD3的多個信號轉(zhuǎn)導(dǎo)亞基結(jié)合，如圖所示，CD3Y、CD35和CD3&異源二聚體以及CD3Z同源二聚體。在CD3的不同亞基含有免疫受體酪氨酸的活化基序-ITAM,但是每個亞基的數(shù)量不同，CD3Y、CD35和CD3&分別含有一個，而CD3Z含有三個串聯(lián)的ITAM,這樣就使的每個T細(xì)胞受體可以產(chǎn)生10個ITAM。酪氨酸磷酸化的ITAM可以使TCR

3、與胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路發(fā)生偶聯(lián)，向TCR募集含有SH2結(jié)構(gòu)域的蛋白質(zhì)，如酪氨酸激酶ZAP70。但是現(xiàn)在還沒有解決為什么TCR復(fù)合物包含這么多的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)亞基和ITAM的問題，主要有兩種假說，一種是CD3分子或單獨的ITAM可能通過募集獨特的效應(yīng)分子，執(zhí)行不同的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)功能；另一種是多個ITAM的主要功能是放大TCR信號。TCR識別與抗原遞呈細(xì)胞（APC）呈遞的可以結(jié)合MHC分子（pMHC）的肽。單獨的TCR能夠識別具有廣泛親和力的不同配體（自身肽和外來肽）。TCR參與觸發(fā)不同的功能輸出。在胸腺中，pMHC與TCR信號結(jié)合強(qiáng)度決定了細(xì)胞發(fā)育與分化過程。當(dāng)結(jié)合力在最小值到最大值之間時，促進(jìn)胸腺細(xì)胞的存活

4、，并轉(zhuǎn)化成CD4+CD8-或CD4-CD8+的成熟階段；如果TCR與pMHC太低或太高，細(xì)胞會發(fā)生凋亡。在外圍，自體pMHC對TCR的低親和力結(jié)合提供了維持初始T細(xì)胞所必需的強(qiáng)直性存活信號，并且還可以促進(jìn)其與外來抗原高親和力遭遇時的完全激活。THYMUS(1TCFIDP4+&+liindiny+LOWwfflnityPosOivesectionCta!tlMHGMHCH=IGHatitnliyNdbindingApoploaisEgrvs$j占toperipheryEpripfisMudul：aEn-r!iChcniokineOthrGproteiniripkdTCEtpHinAdhelium

5、muleculexEtira-elluhrmatrixpreieinNeuroen-iJetcnn=efavioii圖二TCR結(jié)合強(qiáng)度對胸腺細(xì)胞的影響TCR信號強(qiáng)度對于產(chǎn)生合適的應(yīng)答T細(xì)胞至關(guān)重要。TCR信號傳導(dǎo)應(yīng)答指導(dǎo)CD4+T細(xì)胞分化成功能不同的T輔助細(xì)胞亞群，對特定T細(xì)胞亞群（如調(diào)節(jié)性T細(xì)胞）也起著關(guān)鍵作用。TCR細(xì)胞的強(qiáng)度和持續(xù)時間與記憶T細(xì)胞分化相關(guān)，也是誘導(dǎo)T細(xì)胞無能或耗竭的基本決定因素。TCR信號受到生化及分子機(jī)制的調(diào)控，導(dǎo)致信號放大或衰減。調(diào)控TCR的機(jī)制復(fù)雜多樣，不過可以分為三個基本層面：早期信號轉(zhuǎn)導(dǎo)效應(yīng)分子（如關(guān)鍵激酶和磷酸酶的調(diào)節(jié)）；信號分子發(fā)育階段（特異性表達(dá)調(diào)控）；以

6、及TCR信號強(qiáng)度的動態(tài)調(diào)控。TCR信號通路概述AFCElIIKTMZAP?DZiMr70PK匚0GAC/CDC42RfliS/RAFCalcinturin)AjctinpoLymerizdiiortiGenetFanaoiptinnMHCclarwIIl-.-jPicn.Cewkl/erkS)/MIEKEiZ-.WKKS&.z-CellnienibraneCRACcNinneLCD4farCD8JpMHCTCRNuderrlMiYibrdniTi=i=?i=lt=t=|UN)iuDAG_rt_SGRP?)圖二：TCR信號通路概述TCR與抗原呈遞細(xì)胞(APC)上表達(dá)的MHC復(fù)合物結(jié)合，進(jìn)而激活T

7、CR信號通路。SRC家族蛋白酪氨酸激酶LCK與CD4和CD8共同受體的胞質(zhì)結(jié)構(gòu)域結(jié)合，并分別通過CD8或CD4與MHCI類或MHCII類復(fù)合物的共結(jié)合募集至TCR。LCK磷酸化，使蛋白酪氨酸激酶ZAP70結(jié)合到CD3鏈中。T細(xì)胞活化銜接因子LAT被磷酸化，激活T細(xì)胞，募集多個銜接因子和效應(yīng)分子，形成LAT信號傳導(dǎo)體。LAT相關(guān)效應(yīng)分子的活化導(dǎo)致信號通過三種主要信號通路進(jìn)行傳導(dǎo)：鈣調(diào)蛋白、MAPK和NF-kB信號通路。鈣調(diào)蛋白信號傳導(dǎo)會活化T細(xì)胞核因子(NFAT)發(fā)生核移位；MAPK信號傳導(dǎo)導(dǎo)致肌動蛋白聚合以及轉(zhuǎn)錄因子FOS、JUN、AP-1的激活；NF-kB信號傳導(dǎo)使REL和NF-kB轉(zhuǎn)錄因子

8、核移位；這些轉(zhuǎn)錄因子協(xié)同作用引起T細(xì)胞增殖、遷移、細(xì)胞因子產(chǎn)生和效應(yīng)功能oTCR還通常與其共同受體CD28或細(xì)胞因子受體(如PI3K、TCR信號通路關(guān)鍵節(jié)點的調(diào)節(jié)主要以LCK、ZAP70和LAT三個關(guān)鍵節(jié)點為中心對TCR信號通路進(jìn)行調(diào)節(jié)。LCK節(jié)點的調(diào)節(jié)5HJPX7Akcredligandbidding時知斗pt192InsKliveLCKZAP?OPhnphnryliitionA-ctiveLCKPtitHphorylffiiQft|DpliOiipharylIrCn.teredIngandbindingInhibitionkinaseactlvli.DephospharfetioiPrim

9、edLCKT5H3/八-JPhDphary|?itionPhaphoryhtiun、.FRKGlkinEurln、OephosphorylaicloAPTPN2.PTPNI2,一PTPN22andXJ5P22圖五：LCK關(guān)鍵節(jié)點的調(diào)節(jié)最近的研究發(fā)現(xiàn)，LCK定位和構(gòu)象變化是TCR信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的重要決定因素。LCK激酶活性受兩種關(guān)鍵調(diào)節(jié)性酪氨酸Y394和Y505的磷酸化和去磷酸化控制（圖五）。Y394位于LCK激酶環(huán)中，自磷酸化可以穩(wěn)定催化結(jié)構(gòu)域的活性構(gòu)象。另一方面，蛋白酪氨酸激酶CSK對羧基末端Y505殘基的磷酸化，促進(jìn)Y505與SH2結(jié)構(gòu)域的分子相互作用，穩(wěn)定了使催化結(jié)構(gòu)域失活的折疊構(gòu)型?？缒だ野?/p>

10、酸磷酸酶CD45使pY505和pY394去磷酸化，因此，CD45可能潛在地調(diào)節(jié)控制LCK活性。研究發(fā)現(xiàn)，有多種細(xì)胞質(zhì)磷酸酶可以使Y394去磷酸化，抑制LCK活性，比如PTPN2、PTPN12、PTPN22、SHP1、DUSP22等。近期的研究還報道一個意外的LCK調(diào)節(jié)劑：鈣調(diào)磷酸酶。鈣調(diào)磷酸酶能促進(jìn)NFAT的激活和核轉(zhuǎn)運，募集到LCK后使S59去磷酸化。鈣調(diào)磷酸酶抑制ZAP70、LAT和SLP76的磷酸化，但不影響LCK的磷酸化（Y394），表明LCK的磷酸化（S59）不直接調(diào)節(jié)LCK的催化活性，而是改變其連接到ZAP70和下游信號通路oS59的去磷酸化對LFAK淋巴細(xì)胞功能相關(guān)抗原1）介導(dǎo)的

11、ICAM1響應(yīng)TCR黏附是必需的，確定S59磷酸化在控制LCK配體相互作用和細(xì)胞黏附中的作用。蛋白質(zhì)組學(xué)研究發(fā)現(xiàn)LCK的負(fù)反饋調(diào)節(jié)主要受ZAP70影響。抑制ZAP70催化活性導(dǎo)致LCK（Y394）磷酸化增加,Y192磷酸化降低。Y192磷酸化導(dǎo)致LCK對CD3Z鏈的ITAM磷酸化減少，改變SH2結(jié)構(gòu)域?qū)μ囟ㄅ潴w的特異性，抑制LCK催化活性并減弱下游信號激活。UnactiveInerdomalinBZAPJ0STS!,S752and5HP1(?)*IIAMhindingKiruiEdloindinaccessibilhvPhosphorylationLCKPrimedZAP70SIS,ST52a

12、nd5HP1(?)ActiveZAPTOLCK.aridZAP70ST.S1,STS2andSHP1mReducedITAMbind-ngIDehosphoryLatioriZAP70節(jié)點的調(diào)節(jié)圖六：ZAP70關(guān)鍵節(jié)點的調(diào)節(jié)ZAP70與TCR的ITAM結(jié)合，通過磷酸化Y493而激活，而位于SH2和激酶結(jié)構(gòu)域之間的Y315和Y319磷酸化促進(jìn)ZAP70從無活性到有活性的轉(zhuǎn)變,是激酶活性所必需的。有研究發(fā)現(xiàn)Y315和Y319的磷酸化不影響ZAP70激酶活性，而是穩(wěn)定ZAP70-ITAM結(jié)合并增加其在TCR的存在時間。這種穩(wěn)定的復(fù)合物導(dǎo)致Y126磷酸化，而磷酸化的Y126可以與ATP結(jié)合，降低ZAP

13、70對磷酸化的ITAM的親和力,使活性ZAP70釋放到質(zhì)膜中，可以磷酸化一些下游反應(yīng)物如LAToZAP70和其它幾種TCR信號效應(yīng)物的穩(wěn)定受到泛素介導(dǎo)的翻譯后修飾的調(diào)控。新研究結(jié)果顯示,ZAP70催化活性受NRDP1和0TUD7B調(diào)節(jié)NRDP1對ZAP70泛素化修飾招募STS1和STS2，使ZAP70去磷酸化并失活。另一研究顯示，去泛素化酶0TUD7B通過阻止泛素介導(dǎo)的STS1和STS2的募集，可以促進(jìn)或延長ZAP70活化。LAT節(jié)點調(diào)節(jié)LAT與TCR結(jié)合后形成微團(tuán)簇。這種微團(tuán)簇的形成是有順序的，可以影響TCR信號傳導(dǎo)GRB2和SOS1形成復(fù)合物，促進(jìn)LAT在細(xì)胞膜上寡聚化，促進(jìn)ERK-MAP

14、K激酶信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。LAT微團(tuán)簇保留ZAP70,但不保留CD45,有助于信號分子在細(xì)胞膜上分離，從而促進(jìn)TCR信號傳導(dǎo)。通過分析表達(dá)突變的SOS1的轉(zhuǎn)基因小鼠，證明SOS1介導(dǎo)的LAT微團(tuán)簇是正常T細(xì)胞發(fā)育所需的。同樣的研究表明LAT寡聚化對于PLCY1的磷酸化和活化也是必需的。TCR信號調(diào)節(jié)新機(jī)制如上所示，最近在分子水平上鑒定了幾種調(diào)節(jié)TCR信號傳導(dǎo)的新機(jī)制。在胸腺細(xì)胞發(fā)育期間，TCR與MHC相互作用，激活信號傳導(dǎo)。在雙陽性胸腺細(xì)胞中，CD4+和CD8+T細(xì)胞完全激活，盡管TCR表面表達(dá)較低，但雙陽性胸腺細(xì)胞對pMHC作用比成熟T細(xì)胞敏感。GolgicomplexMHC也狛II（圳間HI：chs

15、sl|iSelf-pMHCIzp?oriPNJiPPTPZ22、MHCcidshll匸D4orCMTHEMIS、TESPA1、VGSC、TCR、TRAF3IP3、PKD2、PKD3和miR-181a在CD4+CD8+雙陽性胸腺細(xì)胞中強(qiáng)陽性表達(dá)，在成熟T細(xì)胞中下調(diào)。在TCR參與之后，THEMIS與GRB2相互作用與SHP1起被募集到LAT接頭。SHP1活性在胸腺細(xì)胞中也受到PKD2和PKD3的抑制。VGSC是在胸腺細(xì)胞陽性選擇期間維持Ca2+穩(wěn)態(tài)的關(guān)鍵鈉通道。TESPA1是一種蛋白質(zhì)銜接子，能夠結(jié)合并激活I(lǐng)P3R1,通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)控制Ca2+的釋放TRAF3IP3向高爾基復(fù)合體募集MAPK/ERK激

16、酶（MEK）,促進(jìn)其通過BRAF激活并導(dǎo)致細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶（ERK）激活。除了一些特殊的磷酸酶（如CD45和SHP2），大多數(shù)在細(xì)胞信號傳導(dǎo)中主要起抑制作用，直接或間接抑制蛋白激酶活性。miR-181a抑制DUSP5、DUSP6和PTPN22的翻譯，增強(qiáng)TCR信號傳導(dǎo)。T細(xì)胞中的TCR信號也誘導(dǎo)PTPN22，通過miR-181a調(diào)節(jié)，導(dǎo)致胸腺細(xì)胞中PTPN22表達(dá)低和成熟T細(xì)胞中PTPN22表達(dá)高，在抗原刺激后T細(xì)胞中進(jìn)一步誘導(dǎo)PTPN22。PTPN22在人類中的突變與自身免疫性疾病的風(fēng)險增加相關(guān)。最近研究結(jié)果表明，PTPN22的關(guān)鍵功能是抑制TCR信號傳導(dǎo)，從而防止自體pMHC或弱激動劑完

17、全激活和擴(kuò)增T細(xì)胞。TCR信號轉(zhuǎn)導(dǎo)主要通過SHP1的去磷酸化來抑制。THEMIS在最近的研究中被鑒定為胸腺細(xì)胞陽性選擇所需的T系特異性蛋白質(zhì)。THEMIS缺陷的胸腺細(xì)胞中，SHP1磷酸酶活性增加，表明THEMIS抑制SHP1。THEMIS缺陷型胸腺細(xì)胞的發(fā)育阻滯通過缺失SHP1獲得。另有研究發(fā)現(xiàn)，PKD2和PKD3通過磷酸化S557,抑制SHP1對TCR信號的影響。PKD2和PKD3的T細(xì)胞特異性缺失，胸腺細(xì)胞發(fā)育阻滯?？傊@些研究表明THEMIS、PKD2和PKD3的調(diào)節(jié)胸腺細(xì)胞發(fā)育，促進(jìn)其陽性選擇，抑制SHP1磷酸酶活性。CD5在TCR信號通路中具有重要的協(xié)調(diào)功能。CD5募集CBL和CB

18、L-B至細(xì)胞膜。響應(yīng)TCR刺激,促進(jìn)泛素化。CD5遺傳缺失影響單一的TCR胸腺細(xì)胞的陽性選擇，對多克隆胸腺細(xì)胞的陽性選擇影響不顯著。TCR-pMHC相互作用的親和力及亞活化穩(wěn)態(tài)TCR信號的強(qiáng)度決定CD5表達(dá)程度，推測CD5提供負(fù)反饋調(diào)節(jié)TCR信號傳導(dǎo)，促進(jìn)T細(xì)胞存活，不會觸發(fā)自體配體的細(xì)胞激活。CD6與CD5在結(jié)構(gòu)上相似，CD6表達(dá)缺失的小鼠外周T細(xì)胞對TCR刺激增強(qiáng)，與CD5相似，對TCR信號傳導(dǎo)具有抑制作用。總結(jié)在本文，我們總結(jié)了近期在TCR信號通路關(guān)鍵點新的分子調(diào)控機(jī)制的研究。TCR參與激活的信號傳導(dǎo)涉及多個復(fù)雜的信號通路，利用細(xì)胞成像、流式細(xì)胞技術(shù)和單細(xì)胞分析極大的促進(jìn)TCR信號及其控制機(jī)制的進(jìn)一步闡述，尤其是蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)的發(fā)展，為未被檢測到的潛在調(diào)控機(jī)制提供了可能，有望揭示T細(xì)胞活化、發(fā)育和功能等新理論。參考文獻(xiàn)：GuillaumeGaud,RenaudLesourneandPaulE.Love.RegulatorymechanismsinTcellreceptorsignaling.Natureimmunology,1-13(2018).Philipsen,L.etal.Denovophosphorylationandconformationalo