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滤泡调节性T细胞分化的作用机制
刘新东, 吴鑫     
400038 重庆,陆军军医大学(第三军医大学)第一附属医院病理科,全军临床病理学研究所
[摘要] 滤泡调节性T细胞(follicular regulatory T cells, Tfr)伴随着生发中心(germinal centers, GC)反应生成,而促使Tfr细胞形成的分子线索仍然未知。本课题组研究发现硬化蛋白结构域蛋白1(sclerostin domain -containing protein 1, SOSTDC1)是Tfr细胞生成所必需的,由滤泡辅助性T细胞(follicular helper T cells, Tfh)亚群以及T-B边界区域丰富的成纤维网状基质细胞(fibroblastic reticular cells, FRCs)分泌。在动物实验(小鼠)中,运用命运示踪法和转录组学明确了表达SOSTDC1的Tfh细胞为一个独特的T细胞群,它由SOSTDC1阴性的Tfh细胞发育形成,失去了帮助B细胞产生抗体的功能。值得注意的是,Tfh细胞中SOSTDC1缺失将导致Tfr细胞数量显著减少,进而促进GC反应升高。在机制上,SOSTDC1通过阻断WNT-β-catenin信号轴,促进Tfr细胞分化。
[关键词] 硬化蛋白结构域蛋白1    滤泡辅助性T细胞    滤泡调节性T细胞    生发中心反应    
Molecular cues govern follicular regulatory T cell differentiation
LIU Xindong, WU Xin     
Institute of Pathology, First Affiliated Hospital, Army Medical University (Third Military Medical University), Chongqing, 400038, China
[Abstract] Follicular regulatory T (Tfr) cells are generated with the responses of germinal center (GC). However, the molecular mechanism on the cell generation is still unknown. Our study found that sclerostin domain-containing protein 1, is essential in the process of Tfr cell generation. With the aid of reporter mice, the results of fate tracking and transcriptome assessment indicated that the Tfh cells expressing SOSTDC1 are identified as a unique T cell population, are developed from SOSTDC1- Tfh cells, and have lost their ability to help B cells in the production of antibodies. It is worth noting that lack of SOSTDC1 results in substantially decreased Tfr cell numbers, and enhanced GC responses. In the aspect of mechanism, SOSTDC1 promotes the differentiation of Tfr cells by blocking Wnt-β-catenin signaling axis.
[Key words] SOSTDC1    follicular helper T cell    follicular regulatory T cell    germinal center response    

近年来,研究发现了一群新的调节性T细胞,即滤泡调节性T细胞(follicular regulatory T cells, Tfr),其伴随着生发中心(germinal center, GC)反应形成。构成GC反应的Tfr细胞,滤泡辅助性T细胞(follicular T helper cells, Tfh)和B细胞的相互作用在抗体、免疫记忆产生中发挥重要功能。其中,Tfh细胞迁移到GC,给同源的B细胞提供必需的生存、增殖和选择信号,促使B细胞经历一系列的反应包括亲和力成熟、类别转换、高频突变,最终产生大量的高亲和力抗体和记忆性B细胞。Tfr细胞与Tfh细胞功能相反,能够负向调控体液免疫的中心轴“Tfh-B细胞-抗体”。Tfr细胞在维持正常体液免疫应答的同时,防止抗体介导的自身免疫性疾病发生。目前研究认为,Tfr细胞来源于胸腺的天然Treg细胞(natural Treg, nTreg)。然而,nTreg细胞如何分化形成Tfr细胞是领域内空白。本述评拟结合文献和本实验室工作,介绍Tfr细胞在GC反应中的作用及其机制。

1 Tfr细胞与生发中心反应

Tfh细胞是一类新鉴定的辅助性CD4+T细胞。在引流淋巴组织中,受抗原激活的CD4+T细胞表达趋化因子受体CXCR5,识别并结合源自B细胞的趋化因子配体CXCL13,脱离T细胞区而迁移至B细胞滤泡区,诱导GC的产生。这群CD4+T细胞在上述过程中经由Bcl6转录调控,最终分化发育成Tfh细胞[1-3]。Tfh细胞表达特征性表面分子CXCR5、PD-1和ICOS等[4]。在GC中,Tfh细胞通过ICOS和CD40L等细胞表面分子以及分泌的细胞因子IL-21等,直接作用于抗原特异性B细胞[5]。在Tfh细胞的帮助下,B细胞经历活化、增殖,类别转换,高频突变,最终产生高亲和力的抗体和记忆性B细胞。因此,Tfh细胞在诱导B细胞分泌高亲和力抗体、为机体清除外来病原体、维持体液免疫和控制自身免疫性疾病等过程中扮演十分重要的角色[6]

新近研究进一步表明,Tfr细胞是一类新发现的调节性T细胞(regulatory T cell, Treg)亚群,其特点是细胞表型与Tfh细胞和Treg细胞均有重叠,不仅表达Tfh细胞的标志物CXCR5、Bcl6、PD-1和ICOS,还表达Treg细胞的标志物CTLA4、GITR和Foxp3。Tfr细胞由胸腺来源的nTreg细胞分化形成,Tfh细胞则由naive CD4+ T细胞分化形成。在功能上,Tfr细胞能够抑制Tfh和B细胞,负反馈调控GC反应,抑制抗体产生[7-9]。细胞因子IL-21、IL-2和IL-6可以负向调控Tfr细胞分化[10-12]。细胞因子IL-21与其受体IL-21R结合,上调转录因子Bcl6,减少CD25表达,从而抑制Tfr细胞分化[10-11]。在流感病毒感染期,高浓度的IL-2能够抑制Tfr细胞反应,当免疫反应消退后,CD25+Treg细胞通过降低CD25表达,上调转录因子Blimp-1表达,上调Bcl6、CXCR5和PD-1分化为Tfr细胞[12]。然而,在生发中心,nTreg细胞如何分化为Tfr细胞的机制尚不清楚;Tfh细胞是否具有负向调控功能,更是领域内研究空白。

2 Tfh细胞新亚群负反馈调节Tfr细胞分化

2020年8月21日,我们课题组在Science杂志发表题为“SOSTDC1-producing follicular helper T cells promote follicular regulatory T cell differentiation”的研究论文,明确报道Tfh细胞新亚群——SOSTDC1+Tfh细胞,阐明其通过促进Tfr细胞分化,负反馈调控抗体产生[13]。该研究展示了Tfh细胞新亚群如何调控Tfr分化,从而维持体液免疫稳态,阐释了Tfr细胞分化的新机制。在本研究中,首先为了明确SOSTDC1 (sclerostin domain-containing protein 1)在Tfh细胞中表达[14],我们在国际上建立了Sostdc1EGFP/Bcl6RFP双报告转基因小鼠,结果显示:30% Tfh细胞特异性高表达SOSTDC1,并形成特定的细胞亚型SOSTDC1+Tfh。免疫荧光染色显示SOSTDC1主要由分布在T-B细胞边界区域的Tfh细胞和成纤维网状基质细胞(FRCs)表达(图 1)。随后,我们进一步采用单细胞转录组测序分析揭示了SOSTDC1+ Tfh新亚型是由SOSTDC1-Tfh细胞分化生成。在体外实验中发现SOSTDC1+ Tfh细胞与经典的Tfh细胞功能不同,它不能帮助B细胞产生抗体。

图 1 SOSTDC1在引流淋巴结的分布

SOSTDC1+Tfh细胞的功能是什么?在小鼠的流感病毒感染模型以及KLH特异性抗原免疫模型中,我们发现SOSTDC1缺失增强生发中心反应:伴随着生发中心B细胞数目的增多,Tfr细胞数目明显减少。进一步采用骨髓移植构建嵌合体小鼠,我们发现Tfh细胞来源的SOSTDC1能够促进Tfr细胞分化。为了进一步探究SOSTDC1促进Tfr细胞分化的分子机制,我们通过转录组分析发现,SOSTDC1-Tfh细胞表达大量的WNT配体基因,而SOSTDC1+ Tfh细胞表达拮抗WNT信号的基因。已有研究表明WNT信号能够抑制Treg细胞功能[15-17]。因此,我们推测:缺失SOSTDC1上调WNT/β-catenin信号通路,从而抑制Tfr细胞分化。通过对SOSTDC1缺失情况下的Tfr细胞分析,发现受损Tfr细胞呈现炎性细胞特征:大量表达IL-4、IL-5、IL-6、IL-13以及IL-21等炎性细胞因子,同时Tfr细胞表现为WNT/β-catenin信号通路过度激活,表明Tfh可通过SOSTDC1促进Tfr的分化和功能。我们从nTreg如何分化为Tfr细胞这一领域内开放性问题入手,原创性地证实Tfh细胞的新亚群能够促进Tfr细胞分化,进而负反馈调节生发中心反应,维持体液免疫稳态。

3 问题和展望

近期,Tfr细胞分化的作用机制取得了重大进展。但是,许多问题和困惑亟待解答,例如:①Tfr细胞如何调节抗体亲和力成熟和Tfh反应?②Tfr细胞是否调节记忆B细胞的产生、分化或存活?③何种信号驱动Tfr细胞对GC做出响应以及Tfr细胞识别何种抗原?④虽然Tfr细胞可以抑制Tfh和B细胞是清楚的,但它们是如何发挥这些抑制作用仍不清楚。上述问题的解答将有助于促进我们对Tfr细胞的认识、增进对Tfr细胞调控肿瘤以及自身免疫性疾病的理解。

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http://dx.doi.org/10.16016/j.1000-5404.202010104
中国人民解放军总政治部、国家科技部及国家新闻出版署批准,
由第三军医大学主管、主办

文章信息

刘新东, 吴鑫
LIU Xindong, WU Xin
滤泡调节性T细胞分化的作用机制
Molecular cues govern follicular regulatory T cell differentiation
第三军医大学学报, 2020, 42(24): 2355-2357
Journal of Third Military Medical University, 2020, 42(24): 2355-2357
http://dx.doi.org/10.16016/j.1000-5404.202010104

文章历史

收稿: 2020-10-16
修回: 2020-10-23

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