Nature | PD-1信号轴维持高亲和力干细胞样CD8+ T细胞，挑战免疫检查点治疗传统认知

撰文丨细胞工程师

PD-1/PD-L1检查点阻断疗法彻底改变了肿瘤治疗格局，但其临床应答率有限且耐药频发，具体作用机制尚未完全阐明【1】。传统观点认为，PD-1是T细胞功能的“刹车”，其持续高表达于肿瘤微环境（TME）中，导致T细胞耗竭【2】。然而，近年来研究发现，一部分表达TCF-1和PD-1的CD8+ T细胞具有干细胞样特性，是维持持久抗肿瘤免疫应答和检查点阻断疗法响应的关键细胞来源【3,4】。这些细胞如何在持续的抗原刺激下维持其“干性”而非走向终末分化，是免疫学领域的核心问题。

近日，美国国立卫生研究院（NIH）过敏与传染病研究所（NIAID）的Ronald N. Germain和Jyh Liang Hor共同领导的研究团队在Nature杂志上发表了题为Inhibitory PD-1 axis maintains high-avidity stem-like CD8+ T cells的最新研究论文。该研究通过三维多重免疫荧光成像技术，在活体水平揭示了肿瘤引流淋巴结（tdLN）内存在由I型传统树突状细胞（cDC1）构成的“晚期抗原呈递龛”，其中驻留着一群独特的PD-1high SLAMF6high TCF-1+ 干细胞样CD8+ T细胞。出乎意料的是，持续存在的PD-1信号并非简单地抑制这些细胞，而是通过精细调控TCR信号强度，选择性维持并扩增高亲和力TCR克隆，使其保持干细胞样状态，成为效应T细胞再生的储备库。而彻底的PD-1阻断会破坏这一平衡，导致高亲和力干细胞样CD8+ T细胞（TSL）终末分化或死亡，可能损害长期免疫监视能力。这项研究颠覆了对PD-1在淋巴组织内功能的传统认知，为优化检查点免疫治疗策略提供了全新理论基础。

通常认为，持续强烈的TCR信号会驱动T细胞向终末效应状态分化，而PD-1的上调是对持续刺激的反馈抑制。那么，在tdLN这个抗原持续存在的部位，高表达PD-1的TSL是如何避免终末分化，维持其干细胞特性的？PD-1在这一过程中扮演的是纯粹的抑制角色，还是具有更复杂的功能？为了解答这些问题，则需要能够在完整组织环境中动态观察细胞间的相互作用的高分辨率技术。为此，研究团队建立了可对光学透明的300μm厚tdLN组织切片进行多达多种种蛋白标记物的染色与成像，可实现单细胞分辨率下，上百万细胞的空间分布、表型及相互作用网络分析的三维（3D）多重免疫荧光成像技术平台。通过高分辨率3D成像，研究团队发现，在肿瘤植入后第8天，tdLN的T细胞区形成了由cDC1聚集的特定区域。令人惊讶的是，大量已经历多轮增殖的抗原特异性OT-I T细胞，仍紧密簇拥在这些cDC1周围。这群细胞高表达干细胞标志物TCF-1和SLAMF6，同时高表达激活标志物PD-1和BATF，且核内存在转录因子NFAT（TCR信号活化的标志），证明它们在初次激活数天后，仍在持续接收抗原信号。这群细胞被定义为PD-1high SLAMF6high TSL。重要的是，这类细胞几乎只存在于tdLN，而在脾脏、非引流淋巴结或肿瘤组织中均未检测到。这提示tdLN中的cDC1形成了一个特殊的微环境，能够长期“储留”并持续刺激高干性的T细胞。

传统观点认为高亲和力TCR信号驱动效应分化。然而，本研究则发现了相反的证据，在tdLN的TSL中，PD-1的表达水平与推断的TCR亲和力指数呈强烈正相关。亲和力越高的TSL亚群，其PD-1和SLAMF6的表达也越高。进一步的时间序列研究结果显示，从肿瘤植入第6天到第13天，TSL及其衍生的效应T细胞（Teff）的平均TCR亲和力逐渐进化提升。这表明，cDC1构成的抗原呈递龛是一个“进化场”，能够随着时间的推移，选择性扩增和富集更高亲和力的TCR克隆。而PD-1在其中则扮演了“调谐器”的角色。高分辨率3D成像显示，在TSL与cDC1的接触界面，PD-1形成微簇并与cDC1上的PD-L1共定位，表明活跃的PD-1抑制信号正在发生。这种PD-1介导的抑制，很可能是对高亲和力TCR强烈信号的负反馈，通过适度削弱信号强度，防止细胞过度激活而走向终末分化或活化诱导死亡，从而维持其干细胞样状态和持续增殖能力。

为了进一步验证PD-1的作用，研究团队使用了抗PD-L1/PD-L2联合抗体或抗PD-1抗体针对荷瘤小鼠进行阻断治疗。研究发现，阻断后tdLN内抗原特异性T细胞（包括TSL和Teff）大量扩增，但TSL的干性标志物TCF-1和SLAMF6表达显著下调。更为关键的是，PD-1阻断后，SLAMF6+ TSL数量锐减，且该细胞亚群的平均TCR亲和力亦显著降低。贝叶斯模型分析结果表明，PD-1阻断导致高亲和力克隆分化为Teff细胞，抑或发生凋亡，从而为低亲和力克隆的扩张“腾出空间”。即使在停止阻断抗体治疗9-10天后，这种高亲和力SLAMF6+ TSL的丢失和克隆组成的改变也无法恢复。研究进一步发现，仅阻断PD-L1能导致中度的抗肿瘤效果，以及脾脏TSL和Teff细胞适度扩增，但并未造成SLAMF6+ TSL数量和亲和力的显著下降。而仅阻断PD-L2则效果微弱。这表明，完全破坏PD-1抑制轴是驱动强效抗肿瘤效应所必需，但同时也导致了高干性T细胞前体的丢失。另外，鉴于PD-1也可以高表达于活化的CD4+ T细胞，研究团队同时开展了清除CD4+ T细胞（包括辅助性T细胞和调节性T细胞）的研究，研究发现PD-1阻断导致的TSL干性丧失和克隆偏移现象，并不依赖于CD4+T细胞的存在。

这项研究从根本上挑战了关于PD-1功能和T细胞命运的既有范式，在tdLN内，PD-1信号并非单纯的“功能抑制”信号，而是一个精细的“信号调节器”。它通过负反馈机制，将高亲和力TCR信号强度调节在适宜范围内，从而维持T细胞的干性特性、自我更新能力和长期存活。该研究揭示了tdLN是抗肿瘤T细胞应答的“训练营”和“优质种子库”。cDC1构成的微环境持续进行着亲和力依赖性选择，确保将最具潜力的高亲和力干细胞样T细胞克隆保存下来，并源源不断地产生高亲和力效应细胞并输送至抗肿瘤前线。该研究也为PD-1治疗后出现的“克隆替换”现象（即原有克隆消失，新克隆出现）提供了可能的机制解释【5】。彻底阻断可能永久性消除了机体最优的（高亲和力）抗肿瘤T细胞前体储备，而新补充的或扩张的低亲和力克隆可能由于抗肿瘤能力不足，导致疗效无法长期维持。这或可解释为何部分患者初始响应后复发，且再治疗的疗效不佳。

综上所述，本研究利用先进的3D成像技术，在体揭示了PD-1信号轴在维持抗肿瘤免疫“精锐部队”（PD-1high SLAMF6high TSL）中的关键作用。它不仅刷新了我们对免疫检查点分子生物学功能的理解，更重要的是，为改善当前免疫治疗策略、提高长期疗效和克服耐药提供了至关重要的理论依据。

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41586-025-09440-x

制版人： 十一

参考文献

1. Ribas A, Wolchok JD. Cancer immunotherapy using checkpoint blockade.Science.2018; 359(6382): 1350-1355.

2. Bagchi S, Yuan R, Engleman EG. Immune Checkpoint Inhibitors for the Treatment of Cancer: Clinical Impact and Mechanisms of Response and Resistance. Annu Rev Pathol. 2021; 16: 223-249.

3. Siddiqui I, Schaeuble K, Chennupati V, et al. Intratumoral Tcf1+PD-1+CD8+ T Cells with Stem-like Properties Promote Tumor Control in Response to Vaccination and Checkpoint Blockade Immunotherapy. Immunity. 2019; 50(1): 195-211.e10.

4. Connolly KA, Kuchroo M, Venkat A, et al. A reservoir of stem-like CD8+ T cells in the tumor-draining lymph node preserves the ongoing antitumor immune response. Sci Immunol. 2021; 6(64): eabg7836.

5. Yost KE, Satpathy AT, Wells DK, et al. Clonal replacement of tumor-specific T cells following PD-1 blockade. Nat Med. 2019; 25(8): 1251-1259.

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