T细胞交叉反应的利弊：自身免疫和癌症新疗法的挑战和机遇

前言

T细胞是免疫系统的主要参与者，在抵抗病原体和癌症方面发挥着重要作用。参与这项绝对核心任务的分子关键事件是特异性T细胞受体与肽MHC复合物的相互作用，该复合物启动T细胞启动、激活和记忆，从而控制一系列下游功能。虽然成熟T细胞的种类非常多样，但很明显，这种多样性不可能涵盖生命中可能遇到的所有潜在外来肽段。TCR交叉反应性，即单个TCR识别不同肽的能力，为这一生物学挑战提供了最佳解决方案。

(资料图片仅供参考)

事实上，TCR的交叉反应性高得惊人。因此，T细胞面临着一种困境：尽可能具体地识别和区分外来危险与自我，同时能够对各种威胁情况做出反应。这对自身免疫性疾病和癌症都有重大影响，对T细胞疗法的发展也有重要意义。

TCR交叉反应

T细胞是适应性免疫的重要参与者，不仅负责长期免疫记忆，还协调先天和适应性免疫反应。未成熟的T细胞在胸腺中经过严格的选择，从而释放出成熟的、自我耐受的T细胞。这些细胞中的每一个都携带一种独特的T细胞受体（TCR），这种受体是由两个重组的TCR链（α和β）组装而成的。在病原体感染后，TCRαβ与抗原呈递细胞（APC）或靶细胞上主要组织相容性复合体（pMHC）结合，以肽形式呈递抗原。

TCRαβ T细胞库的多样性很高，但并非无限。根据V、D和J片段在两个链位点的重组，估计单个TCR的理论数量至少达到1015个。事实上，据估计，人类血液中存在的所有不同TCR的总和要小得多，幼稚T细胞在2.5x107的范围内，记忆T细胞低约100倍。在整个生命周期中以pMHC形式呈现的潜在病原体（和肿瘤）衍生表位的数量可能远远超过T细胞克隆的数量。因此，越来越清楚的是，克隆选择理论需要修正，该理论提出每个单个抗原都有一个淋巴细胞和受体，而交叉反应性，即单个TCR识别多个肽序列的能力，是一个经常发生的事件。

一项研究中提供了一个非常令人信服的证据，即我们的T细胞免疫是由交叉反应形成的。在未暴露于病毒的健康供体的血液中搜索对HIV、CMV和HSV衍生的表位特异性的HLA-DRB1*0401限制性CD4+T细胞显示，尽管这种细胞的频率非常低，但仍在CD45RO+亚群中发现了很大一部分。并且，这些HIV特异性T细胞克隆与一系列细菌或藻类衍生肽的交叉反应表明，这些细胞是由不相关的抗原引发的。

尽管有明确的证据表明TCR的交叉反应性质，但目前尚不清楚一个独特的TCR在“现实”中能识别多少个肽。据估计，应该约为106。几项研究表明，在单个MHC分子的背景下，单个T细胞克隆确实可以感知超过一百万种不同的肽。然而，基于只有1%的肽最终会出现在MHC上的假设，估计最终交叉反应的“真实”频率约为104。

TCR交叉反应和自身免疫

T细胞交叉反应最明显和最有害的后果是产生自身免疫的风险。尽管自反应性T细胞在胸腺中缺失，但弱交叉反应性T淋巴细胞可能通过识别感染源的表位而在外周存活并被激活，这种现象被称为“分子模仿”。在自身免疫中，CD4+T细胞的TCR交叉反应性被认为优先在自身免疫性疾病发展中起到核心作用。这与癌症相反，在癌症中，细胞毒性CD8+T细胞的交叉反应更为重要。

急性风湿热（RF）是感染后发生系统性自身免疫的典型例子，即a组β-溶血性链球菌。它会影响滑膜关节、心脏瓣膜和大脑，导致关节炎、心肌炎、舞蹈病、边缘红斑和皮下结节等临床特征。Kaplan于1960年首次描述了A组链球菌和心脏组织之间的分子模拟。化脓性链球菌表面存在的三种类型的蛋白质抗原是M蛋白、T蛋白和R蛋白。M蛋白是毒性最强的一种，与各种宿主蛋白具有结构相似性，包括心肌肌球蛋白、层粘连蛋白、波形蛋白和原肌球蛋白。在这种细胞反应过程中，链球菌抗原通过MHC II类分子呈递，并激活自身反应性T细胞。此外，在RF患者的瓣膜组织和心肌中，发现了具有三种交叉反应模式的T细胞：1）心肌肌球蛋白和瓣膜衍生蛋白，2）心肌肌蛋白和链球菌M肽，以及3）心肌肌肽、链球菌M肽和瓣膜衍生蛋白。

多发性硬化症是中枢神经系统最常见的自身免疫性疾病之一，其特征是神经元轴突周围的保护性髓鞘丢失。其病理生理学已被广泛研究，然而多发性硬化症的病因尚不清楚。对多种中枢神经系统蛋白，例如髓鞘碱性蛋白（MBP）或髓鞘少突胶质细胞糖蛋白（MOG）具有特异性的自身抗体存在于MS患者的血清、脑脊液（CSF）和大脑中。类似地，在血液中发现了对髓磷脂抗原具有特异性的CD4+T细胞。抗原识别研究表明，多发性硬化症患者的CD4+自身反应性、MBP特异性T细胞与来源于细菌或病毒蛋白的肽可以发生交叉反应。这些发现产生了这样一种概念，即最初由传染源激活和扩展的免疫反应可能与介导中枢神经系统炎症的自身抗原发生交叉反应，并诱导大脑破坏。迄今为止，已经发现了许多感染诱导针对脑特异性表位的交叉反应性T细胞。例如，来自HSV和绿脓杆菌的与MHC分子结合的肽被交叉反应性髓鞘特异性T细胞识别。此外，来自结核分枝杆菌、鼠伤寒杆菌和大肠杆菌的肽导致MBP特异性T细胞的体外强增殖，并在小鼠中诱导EAE。

TCR交叉反应和癌症

除了罕见的抗原异常序列，例如突变抗原，肿瘤通常在其MHC分子上呈递自身抗原，并且免疫原性较差。这是胸腺阴性选择的结果，在胸腺阴性选择中，高自我反应性T细胞被消除以防止自身免疫性疾病的发展。然而，这也使T细胞靶向肿瘤成为一项艰巨的任务，因为它会削弱有效和强大的免疫反应。因此，与自身免疫疾病的情况相反，潜在病原体特异性T细胞对肿瘤细胞特异性呈递自身抗原的交叉反应可能会产生有利的抗肿瘤免疫。

一项研究在对NSCLC中肿瘤浸润淋巴细胞的TCR进行测序后，鉴定出了一种源自上皮蛋白TMEM161A的新型TAA。识别该肽的TCR被证明易与来自EBV的表位发生交叉反应。在另一种基于计算的方法中，研究人员在癌症肽数据库中确定了许多与病毒序列具有相同同源性的TAA。与肿瘤抗原序列最常见的病毒是HIV-1、HSV和人乳头瘤病毒（HPV）。除了序列同源性外，研究还报道了这些肽与HLA分子和TCR之间的接触模式具有结构相似性。最近的一份研究报告了三名转移性结直肠癌患者在SARS-CoV-2感染后肿瘤缩小。总之，这些研究表明，病原体和肿瘤抗原交叉反应性T细胞反应可能在抗癌免疫中发挥重要作用。

此外，研究还报道了肿瘤特异性T细胞与细菌表位之间的交叉反应性。细菌衍生抗原的主要体内来源是微生物群，人类肠道由大约1014个微生物定植。定殖微生物的数量之多意味着免疫细胞在一生中暴露于这些细菌是不可避免的，这导致了对共生肽的免疫反应的产生。研究人员将癌症肽数据库中的所有TAA与微生物物种厚壁菌和拟杆菌序列进行了比较，发现这些物种的肽和肿瘤抗原具有高度同源性，它们占所有肠道微生物群的90%。另外一项研究中，在黑色素瘤患者中可以检测到识别癌症抗原GPD1-L并与源自多毛肠球菌噬菌体TMP蛋白表位交叉反应的T细胞克隆。此外，对荷瘤小鼠进行环磷酰胺治疗，可以诱导肠球菌从肠腔转移到肠系膜和脾脏免疫组织，从而改善抗癌CD8+T细胞反应。这种抗肿瘤作用在给小鼠服用抗生素后被消除。

其他研究也表明，在临床结果良好的癌症患者中，发现CD4+和CD8+T细胞对肠球菌、脆弱拟杆菌、瘤胃球菌和粘液性阿克曼菌具有特异性。因此，肠道微生物组可能是对肿瘤产生免疫反应以及对免疫疗法产生反应的重要调节剂。

TCR交叉反应性的治疗意义

在自身免疫性疾病中，Th1和Th2细胞的作用已被充分证明。特别地，启动信号（pMHC/TCR的特异性、亲和力和亲和力，APC/T细胞相互作用）控制T细胞的成熟、分化和功能。因此，肽及其与MHC结合的改变可能会影响免疫反应的强度。对于自身免疫性疾病的药物开发，通过将炎症性Th1反应转变为Th2反应、诱导调节性T细胞（Tregs）或完全抑制T细胞来沉默抗自身T细胞活性都是很好的策略。

Nicholson及其同事首次证明了在MS的小鼠EAE模型中，源自原始抗原肽的修饰肽序列，即修饰肽配体（APLs）能够将Th1反应转变为更有利的Th2反应。研究使用了脑髓鞘脂蛋白PLP139-151肽段，并在两个主要TCR接触残基产生突变（L144/R147），这种类似物被证明是体外PLP特异性T细胞克隆的强大TCR拮抗剂。注射这种类似物可以保护动物免受EAE的侵袭。

除了自身免疫性疾病，基于TCR交叉反应目前也正在开发新的和更有效的癌症治疗。提高TAAs免疫原性的一种方法是利用TCRs的交叉反应。通过杂环肽的设计，其中替换某些氨基酸来提高肽和MHC分子之间相互作用的稳定性，被证明是提高体外CTL反应性和控制小鼠肿瘤生长的强大策略。重要的是，这些杂环肽需要被与天然序列交叉反应的T细胞识别，因此可以驱动杀死自然呈递原始肽的肿瘤细胞。

另一方面，肿瘤抗原与许多病原体衍生的表位具有同源性，因此，这些表位可以驱动具有相同TCR的T细胞的激活，使这成为一种有吸引力和前景的策略。在治疗性癌症疫苗接种中利用这种交叉反应性的优点是多方面的：首先，它可以克服天然TAA的低免疫原性和亲和力；其次，与幼稚的T细胞相比，记忆T细胞可以被低得多的肽浓度激活；第三，免疫后回忆T细胞反应显然比启动新的效应物更容易实现，尤其是考虑到目前缺乏金标准的强佐剂；第四，利用感染后已经在体内扩增的“天然”T细胞可能会降低自身免疫的风险。

小结

交叉反应是我们的适应性免疫系统应对病原体的一个非常聪明的特性，它在诸如自身免疫和癌症等不同的病理状态中也发挥着重要作用。在自身免疫性疾病中，交叉反应在治疗中的应用在很大程度上取决于它们抑制免疫反应性的能力，因此，识别和预测特定TCR识别的自身表位和模拟表位对于这种抗原特异性方法的成功至关重要。

在癌症免疫治疗中，TCR交叉反应性正在成为一个重要的考量因素，这不仅是为了设计更有效的基于T细胞的治疗，也是为了预防严重的副作用。考虑到治疗方法的不断个性化，对于TCR开发新的精细预测方法至关重要，由于可能影响交叉反应性的许多方面，这是一个非常具有挑战性的过程。

参考文献：

1.Thegood and the bad of T cell cross-reactivity: challenges and opportunities fornovel therapeutics in autoimmunity and cancer. Front Immunol. 2023 Jun 19;14:1212546

原文标题 : T细胞交叉反应的利弊：自身免疫和癌症新疗法的挑战和机遇