T细胞与树突状细胞免疫突触中的双向对话

引言

在适应性免疫的背景下，T细胞被专业抗原呈递细胞（APC）激活，这一过程始于APC上的肽-MHC复合物被T细胞上的T细胞受体（TCR）和CD3共受体复合物识别。这触发了T细胞形态的重组、免疫突触（IS）的形成，以及最终导致核激活的信号传递。T细胞与APC（如树突状细胞DC）之间的相互作用最初被视为APC指令T细胞的单向信息传递。现在已明确，在免疫突触处存在双向的交流，T细胞同样塑造着APC的功能。“DC许可”的概念最初即提示了T细胞在修饰DC功能中的指导性作用。近期的研究为DC在与T细胞于免疫突触处发生抗原驱动接触期间发生的变化提供了重要见解。

免疫突触是T细胞与APC（如DC、B细胞和巨噬细胞）相互作用期间形成的高度有序结构。在IS形成过程中，T细胞和APC改变其细胞形态并获得参与宿主免疫的特异性效应功能。IS最初被描述为发生在T细胞与携带肽-MHC复合物的APC相互作用的界面处的超分子结构。在T细胞侧，TCR、粘附分子和信号分子被分隔成不同的膜亚域，这些区域被称为中央、外周和远端超分子激活簇。IS可被视为一个短暂的双向通讯设备，具有高能量需求，并由一系列步骤组织。

一、T细胞侧的IS：从整合素到代谢信号的整合

T细胞通过主动扫描潜在APC的细胞表面，在其局部组织环境中寻找特异性抗原。粘附分子，如LFA1整合素及其受体ICAM1和ICAM3，介导这些探索性接触，从而促进TCR与APC上pMHC复合物的初始相互作用。因此，这些整合素通过增加发现同源抗原的机会来支持TCR激活。对于IS形成，TCR与pMHC的结合通过由内向外信号传导触发细胞表面富含整合素的微绒毛的快速稳定，这涉及肌动蛋白细胞骨架的动态变化。这些变化导致TCR及其相关信号分子的同时聚集。这具有重要意义，因为在IS的T细胞侧，响应TCR激活的细胞骨架重塑对于促进一系列最终导致极化信号传播和T细胞代谢重连的细胞重组至关重要。

TCR激活涉及TCR-CD3复合物的快速构象变化以及肌动蛋白调节因子NCK向这些复合物的募集，从而加强了由整合素启动的肌动蛋白动力学。TCR的进一步激活取决于其相关CD3复合物的细胞内免疫受体酪氨酸激活基序（ITAM）的磷酸化。在此背景下，与淋巴细胞特异性蛋白酪氨酸激酶LCK相关的CD4共受体可以结合与所接合TCR相同的pMHC II类复合物。这促进了LCK介导的CD3相关ITAM的磷酸化，从而促进了顺式-反式TCR-CD3-pMHCII-CD4簇的稳定性和功能。值得注意的是，与CD4或CD8共受体结合的LCK是响应低亲和力抗原所必需的。然而，由于与CD4结合的LCK具有激酶非依赖性的衔接功能，CD4⁺ T细胞比CD8⁺ T细胞更依赖于LCK进行成熟。

TCR和LFA1分子从IS的外部区域向其中心聚集，直到它们在成熟的突触中被分隔开。这一事件与肌动蛋白和非肌肉肌球蛋白IIA的同心弧动力学密切相关，突出了肌动蛋白-肌球蛋白细胞骨架作为不同受体的共享连接元素的作用。分子在IS处的相对位置对于持续的信号传导是相关的。在这方面，控制早期TCR依赖性LCK自抑制激活的CD45酪氨酸磷酸酶受到动态调节，并良好地定位在TCR附近的超分子组装中。在TCR识别抗原之前，CD45已被预先排除在T细胞微绒毛的尖端之外，从而允许不同形式的磷酸化LCK存在，并在TCR激活时促进稳定的IS形成。此外，另一种受体样酪氨酸磷酸酶CD148也通过从其IS中的底物被排除而受到调节，因为它负责负向调节TCR激活。

所有这些信号都促进肌动蛋白细胞骨架动力学，通过维持膜上不同受体的流动相来帮助TCR信号转导。这促进了蛋白质-蛋白质相互作用，例如在形成连接蛋白用于T细胞激活的信号体（LAT signalosome）中，这是产生第二信使肌醇1,4,5-三磷酸和二酰甘油所必需的，从而导至细胞内钙流和PKC激活。LAT还在质膜上形成微域，这些微域被聚集到TCR微域，有助于通过由LCK组织的桥梁促进ZAP70在ITAMs处激活LAT。这些信号通路中的任何故障都会导致T细胞应答缺陷；然而，为了T细胞的完全激活，还需要其他额外的信号。

二、T细胞侧IS：共刺激、细胞因子与代谢信号

第二个对T细胞完全激活至关重要的信号是共刺激。CD28是T细胞上的一个主要共刺激分子，它与APC表达的B7分子（也称为CD80和CD86）结合。CD28在初始T细胞首次遇到其同源抗原时产生激活信号，导至持续的IL-2产生和T细胞增殖。在一些记忆T细胞中，CD28表达会丢失，CD2分子似乎是其激活的主要替代共刺激途径。然而，CD28共刺激对记忆T细胞激活的影响在TGN1412试验中观察到的不良事件中得到了揭示。在该试验中，单独给予CD28超激动剂引发了效应记忆T细胞的强烈免疫应答。CD28在IS处的定位受TCR激活调节，TCR激活促进CD28快速募集到IS中心，有利于T细胞激活。CD28的交联允许LCK介导其细胞内YMNM信号基序的磷酸化以及PI3K和GRB2中SH2结构域的结合。这些相互作用加强了肌动蛋白动力学和TCR下游信号传导。PI3K随后可以增加质膜中磷脂酰肌醇3,4-二磷酸和磷脂酰肌醇3,4,5-三磷酸脂质的水平，从而能够募集和激活含有特定pleckstrin同源结构域的蛋白质，如磷酸肌醇依赖性蛋白激酶1。PDK1反过来激活蛋白激酶B轴，以调节与蛋白质合成、细胞代谢和细胞存活相关的多种通路。CD28-B7对数量的增加极大地降低了T细胞运动性，通过增加IS的稳定性有利于调节性T细胞与DC的相互作用。鉴于DC成熟涉及它们CD80和CD86分子表达的增加，从而增强了与Treg细胞的相互作用，这一点尤为重要。通过这种方式，Treg细胞可以促进DC的免疫调节功能，有助于维持外周耐受并避免自身免疫反应。

第三个IS信号由细胞因子和趋化因子传递，它们可以作为T细胞的抑制性或共刺激分子。这些分子在T细胞与DC相互作用中的作用已在体外和体内进行了研究，并且由于它们在调节TCR激活和T细胞分化方面的重要性而显得重要。在这方面，趋化因子的第一个作用可能是响应于暴露于可溶性趋化因子（如淋巴结中的CCL21和CCL19）而增加的T细胞运动性。这可能使整合素依赖性地扫描多个DC成为可能。CCL21和CCL19也结合在淋巴滤泡T细胞区DC的表面，这些可以促进T细胞运动减速，从而促进检测APC上的同源抗原并导至IS形成。

代谢变化在T细胞激活期间已被广泛研究。近年来，某些代谢物作为IS形成的关键参与者受到了极大关注。生物活性脂质积极参与IS形成，如鞘氨醇-1-磷酸的例子。例如，富含脂质的微域已知对于TCR-CD3信号复合物的激活至关重要，而胆固醇在维持这些复合物处于非活性状态中的作用最近得到了证实。这项研究导至鉴定了TCRβ和CD3ε中的特异性突变，这些突变阻止胆固醇结合并促进CD3ζ的自激活。其他脂质（如磷酸肌醇和二酰甘油）的相关性对于T细胞的下游信号传导和效应功能是众所周知的。此外，其他代谢物，如氨基酸，已被定义为早期T细胞激活的第四信号，在IS形成和mTOR调节中发挥作用。

氨基酸转运蛋白在T细胞激活和IS形成中的作用是一个活跃的研究领域。IS处的氨基酸通量可以通过mTOR复合物1促进由TCR触发驱动的、积聚的mRNA的早期翻译增加。这一过程通过TCR介导的基因转录活性上调得到进一步加强，从而促进了对氨基酸的长期需求。通过这种方式，氨基酸供应对于通过促进不对称T细胞分裂来实现T细胞效应功能、增殖和分化是必需的。SLC7A5是异二聚体转运蛋白复合物的一个组成部分，与糖蛋白SLC3A2一起，专门负责转运必需氨基酸，包括色氨酸、苯丙氨酸和亮氨酸。在银屑病研究中，该复合物被证明由激活的CD4⁺ T细胞和γδ T细胞表达，并通过由IL-23和IL-1β诱导的PI3K-mTOR通路调节IL-17释放和T细胞增殖。同样在银屑病背景下，芳烃受体响应其配体从细胞质易位到细胞核，以控制多种靶基因的转录，如IL-22，由产生IL-17的γδ T细胞产生；这一过程由质膜上的CD69和LAT1受体协调。在类风湿关节炎中，SLC7A5的缺乏直接影响淋巴结中CD4⁺ T细胞的IS形成。SLC7A5还在细胞外蛋氨酸的摄取中发挥作用，这对于IS处mTOR依赖性蛋白质表达和RNA甲基化是必需的，这对于通过TCR介导和CD28介导的信号传导实现T细胞的完全激活至关重要。

其他代谢物转运蛋白对于支持IS应答同样重要。SLC1A5调节CD8⁺ T细胞激活期间的天冬酰胺转运，导至LCK磷酸化增加并增强CD8⁺ T细胞的抗肿瘤活性。天冬酰胺的摄取及其对T细胞激活的贡献受到高度调控，并与TCR诱导的、mTOR依赖性天冬酰胺合成酶的表达相协调。另一个被确定为与IS形成相关的代谢物是细胞外ATP，它由嘌呤能受体感知。PANX1通道在IS处积累，促进eATP的释放，eATP主要由线粒体产生。随后eATP与IS处的P2X1和P2X4受体结合，促进Ca²⁺内流并增加胞质Ca²⁺水平，这是一个自分泌刺激过程。这种eATP在淋巴结中通过其受体P2X4和P2X7在其他形成IS的细胞存在下发挥旁分泌效应，诱导迁移T细胞停滞，从而促进有效的T细胞-APC接触增加。

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三、DC侧的IS：从抗原呈递到后突触DC的重编程

IS的DC侧反映了T细胞侧的分子重组。MHC分子需要被重组以与在T细胞侧分隔的TCR复合物相互作用。初始接触通过激活粘附分子诱导GM-CSF衍生DC中pMHCII复合物的聚集。这是通过由肌动蛋白介导的MHC分子集中实现的。为此，需要小GTP酶Rac1和Rac2来组织IS处DC侧的肌动蛋白细胞骨架。由DC侧WAVE调节复合物的活性驱动的快速肌动蛋白动力学促进了瞬态肌动蛋白灶的组织，这些肌动蛋白灶调节接触持续时间和T细胞的触发。这也得到了所报道的T细胞-DC IS的多灶结构而非单一焦点IS的支持。

CD4⁺ T细胞不需要与DC长时间接触来激活NFAT和产生IFNγ。DC中心体可以极化朝向接触部位，以便内体靠近IS。这有助于通过微管介导的运输将含有MHCII分子的内体募集到与CD4⁺ T细胞形成的IS，从而加强MHC聚集。同样，与其T细胞配体接合的其他分子被带到该区域，如ICAM1的情况，以加强粘附。通过CD40L对T细胞的进一步共刺激发生在DC侧IS处CD40的分隔。

细胞骨架的重组影响DC侧信号分子的空间积累，包括响应于从T细胞摄取的细胞外囊泡而产生的差异信号。T细胞衍生的细胞外囊泡含有氧化的线粒体DNA，可以通过激活cGAS-STING通路激活DC中的干扰素型信号应答，从而促进DC对感染的抵抗力。这些细胞外囊泡也影响DC在癌症背景下的免疫活性。术语“跨突触囊泡”已被用于指在IS形成期间由T细胞释放并定向至APC的囊泡。来自这些细胞外囊泡的蛋白质和microRNA被证明可以增强DC的CD40L介导和ICOS介导的应答。最终，所有这些事件导至DC侧信号级联的激活，从而诱导这些APC的重编程。因此，这些研究支持了IS对于DC重编程的重要性。

分子重编程：后突触DC（psDC）的形成与功能

新兴数据支持在IS形成期间对DC进行主动指导，导致一种不同的DC状态，我们称之为后突触DC。在向初始T细胞呈递抗原期间，信息双向流动：流向相互作用的T细胞侧，如经典认为的那样，但也通过质膜受体的接合和在细胞-细胞接触处传递的细胞外囊泡流向DC侧。这些相互作用用于通过影响其转录组和蛋白质组的表观遗传变化来指导DC，并最终影响其产生细胞因子、迁移、交叉呈递抗原以及通过非同源相互作用激活其他免疫细胞的能力。psDC显示出抗病毒免疫通路的重编程，上调了一组干扰素刺激基因，如ISG15、IFIT1和IFIT3，以及其他参与I型干扰素应答的蛋白质。它们还显示出CCR7表达增加，并改变其代谢命运，经历脂质过氧化。这促进了通过其MHC I类通路交叉呈递抗原，有利于CD8⁺ T细胞激活并增加针对细胞内病原体的免疫力。

DC可以获取长寿命的记忆样表型，并且甚至可以在抗原呈递后在淋巴结中保持功能长达2周。这与先前的范式形成对比，后者认为淋巴结中的抗原呈递会导至psDC通过凋亡、T细胞依赖性杀伤或清除而死亡。在向T细胞呈递抗原和IS形成后，psDC显示出活跃的信号通路，例如由CD40、RANK或Notch诱导的STAT3信号传导，这些信号传递抗凋亡信号，从而增加psDC的寿命。

抗原呈递也导致psDC在转录组、表观基因组和蛋白质组水平上发生功能变化。psDC的转录组分析显示，与对照DC相比，psDC中多个基因上调，如Ccr7、Isg15、Fscn1、Cd40、Ebi3、Il12b、Ccl22和Apol7c。源自BMDC的psDC也显示出改变的表观遗传谱，在上调基因中具有更高的染色质可及性和H3K4三甲基化，表明存在记忆样表型。功能变化包括增强CCL19依赖性迁移，与Ccr7上调相关，并促进有效归巢至引流淋巴结。使用LIPSTIC方法，通过CD40-CD40L相互作用与T细胞接合的原代DC可以被标记并在体内追踪。结合PIC-seq，这些技术使得能够在免疫小鼠的引流淋巴结中研究psDC群体的转录组变化。在不同实验模型中确定的psDC基因谱是一致的。这些基因似乎在使用转基因OT-II CD4⁺ T细胞进行IS研究的模型中以及在使用线虫巴西日圆线虫的模型中都是保守的。

交叉呈递与后突触DC的许可

psDC通过IS处的CD40信号传导获得CD4⁺ T细胞的许可。这对于通过DC许可产生CD8⁺ T细胞应答至关重要。psDC的许可促进向CD8⁺ T细胞交叉呈递抗原，这对于激活针对肿瘤细胞和细胞内病原体的CD8⁺ T细胞应答尤为重要。交叉呈递是一个关键过程，其中抗原从吞噬体逃逸到细胞质，被蛋白酶体降解，然后肽被装载到MHC I类分子上。NOX2含有的NADPH氧化酶介导的脂质过氧化可能破坏内体膜以允许抗原释放，从而有助于这一过程。表达DNGR1的cDC1s可以被肌球蛋白和F-actin复合物触发，并激活SYK和含NOX2的NADPH氧化酶，随后引起吞噬体损伤并帮助抗原逃逸。由Apol7c编码的蛋白质作为吞噬体孔形成分子，从而有助于cDC1s中抗原逃逸到细胞质。Mpg1编码的穿孔素2全长同工型的限制性表达允许这种孔形成蛋白定位于溶酶体，并有助于cDC1s中抗原逃逸以进行交叉呈递。IS有利于psDC中的差异蛋白质组重塑，其中包括MHC I类分子（而非MHC II类分子）的上调，以及其他参与交叉呈递的蛋白质。事实上，系统生物学基础的蛋白质组分析预测了氧化还原稳态的失调，并在psDC与未许可DC中观察到，并通过体内免疫接种期间psDC中脂质过氧化的增加进一步证实，从而涉及增强的交叉呈递和抗原特异性CD8⁺ T细胞应答。这发生在原代DC和GM-CSF诱导的BMDC中。很可能脂质过氧化和MHC I类分子的上调并不是实现许可的唯一潜在机制。

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结语

免疫突触是一个高度动态和双向的通讯平台，它深刻地重塑了T细胞和DC的生物学特性。通过整合来自TCR、共刺激分子、细胞因子和代谢物的信号，IS精确调控了T细胞的激活、分化、效应功能和代谢重编程。与此同时，T细胞通过CD40L等分子和细胞外囊泡，主动地“教育”DC，将其转化为功能增强的后突触DC，后者具有更强的迁移能力、抗原呈递能力（特别是交叉呈递）和抗感染/抗肿瘤免疫力。这种双向对话是适应性免疫应答有效启动和调控的核心。最终，对免疫突触的深入探索将继续为开发更有效的抗感染、抗肿瘤和自身免疫病治疗策略提供关键理论基础。

参考资料：

How crosstalk at the immune synapse shapes T cell and dendritic cell biologys. Nat Rev Immunol. 2026 Jan 21.

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