清華大學醫(yī)學院董晨課題組和陸軍軍醫(yī)大學卞修武團隊合作在《Nature》報道T細胞功能調(diào)... 時間：2019-03-01
北京時間2月28日，清華大學醫(yī)學院董晨課題組和陸軍軍醫(yī)大學全軍臨床病理學研究所卞修武團隊合作在Nature雜志發(fā)表題為 “genome-wide analysis identifies Nr4a1 as a key mediator of T cell dysfunction”的研究論文, 在T細胞功能調(diào)控領域取得重要進展, 為腫瘤免疫治療提供了新的靶點。
摘要:?T細胞是適應性免疫系統(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。本研究通過轉錄組及表觀組學手段，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)境導致的耗竭T細胞 [Exhausted T cell], 都特異性穩(wěn)定高表達轉錄因子NR4A1。NR4A1對于自身免疫疾病和腫瘤免疫都起著關鍵負調(diào)控作用。機制上, 它一方面通過競爭性結合AP-1在染色質(zhì)的結合位點，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]的結合能夠促進組蛋白的乙酰化水平(H3K27ac)，引發(fā)免疫耐受相關基因的超表達。
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—效應基因表達大量下調(diào)，耐受及耗竭相關基因上調(diào)； 轉錄啟動子區(qū)的H3K4me3修飾水平總體下降。
?圖1.耐受CD4+ T細胞的H3K4me3 修飾特征
進一步分析發(fā)現(xiàn)核受體家族轉錄因子-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功能，而NR4A1-/- T細胞效應功能過度活化，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，NR4A1表達水平以及結合在開放染色質(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)。
圖2. NR4A1 表達水平與CD8+ T細胞的腫瘤殺傷能力成負相關
研究者進一步通過NR4A1 過表達的轉錄組學分析以及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)結合位點與調(diào)控T細胞活化的關鍵轉錄因子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能夠競爭性結合AP-1在染色質(zhì)的結合位點，從而阻抑AP-1-調(diào)控效應分子的表達。同時，NR4A1 結合位點與染色質(zhì)超級增強子區(qū)域[Super enhancer]組蛋白乙?；?(H3K27ac)水平正相關：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基因的轉錄；而敲除NR4A1 下調(diào)這些位點的H3K27ac (圖3)。上述研究鑒定了以NR4A1為核心的轉錄調(diào)控T細胞耐受及耗竭新機制。
圖3. NR4A1 轉錄調(diào)控T細胞功能失常
本文共同第一作者分別是劉新東（陸軍軍醫(yī)大學西南醫(yī)院全軍臨床病理學研究所教授，董晨教授的前博士后)、王云（陸軍軍醫(yī)大學西南醫(yī)院病理學研究所卞修武教授研究生）、路惠平（清華大學董晨課題組成員）, 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醫(yī)學院董晨教授課題組、西南醫(yī)院病理學研究所、美國MD Anderson癌癥中心、西雅圖系統(tǒng)生物學研究所、陸軍軍醫(yī)大學全軍醫(yī)學院、中山大學眼科中心和中科院上海生命科學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）、國家自然科學基金委、北京市科委、重慶市科委等資助。
◎論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41586-019-0979-8
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