前言

T細(xì)胞是免疫系統(tǒng)的主要參與者，在抵抗病原體和癌癥方面發(fā)揮著重要作用。參與這項(xiàng)絕對(duì)核心任務(wù)的分子關(guān)鍵事件是特異性T細(xì)胞受體與肽MHC復(fù)合物的相互作用，該復(fù)合物啟動(dòng)T細(xì)胞啟動(dòng)、激活和記憶，從而控制一系列下游功能。雖然成熟T細(xì)胞的種類非常多樣，但很明顯，這種多樣性不可能涵蓋生命中可能遇到的所有潛在外來肽段。TCR交叉反應(yīng)性，即單個(gè)TCR識(shí)別不同肽的能力，為這一生物學(xué)挑戰(zhàn)提供了最佳解決方案。

事實(shí)上，TCR的交叉反應(yīng)性高得驚人。因此，T細(xì)胞面臨著一種困境：盡可能具體地識(shí)別和區(qū)分外來危險(xiǎn)與自我，同時(shí)能夠?qū)Ω鞣N威脅情況做出反應(yīng)。這對(duì)自身免疫性疾病和癌癥都有重大影響，對(duì)T細(xì)胞療法的發(fā)展也有重要意義。

TCR交叉反應(yīng)

T細(xì)胞是適應(yīng)性免疫的重要參與者，不僅負(fù)責(zé)長(zhǎng)期免疫記憶，還協(xié)調(diào)先天和適應(yīng)性免疫反應(yīng)。未成熟的T細(xì)胞在胸腺中經(jīng)過嚴(yán)格的選擇，從而釋放出成熟的、自我耐受的T細(xì)胞。這些細(xì)胞中的每一個(gè)都攜帶一種獨(dú)特的T細(xì)胞受體（TCR），這種受體是由兩個(gè)重組的TCR鏈（α和β）組裝而成的。在病原體感染后，TCRαβ與抗原呈遞細(xì)胞（APC）或靶細(xì)胞上主要組織相容性復(fù)合體（pMHC）結(jié)合，以肽形式呈遞抗原。

TCRαβ T細(xì)胞庫的多樣性很高，但并非無限。根據(jù)V、D和J片段在兩個(gè)鏈位點(diǎn)的重組，估計(jì)單個(gè)TCR的理論數(shù)量至少達(dá)到1015個(gè)。事實(shí)上，據(jù)估計(jì)，人類血液中存在的所有不同TCR的總和要小得多，幼稚T細(xì)胞在2.5x107的范圍內(nèi)，記憶T細(xì)胞低約100倍。在整個(gè)生命周期中以pMHC形式呈現(xiàn)的潛在病原體（和腫瘤）衍生表位的數(shù)量可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過T細(xì)胞克隆的數(shù)量。因此，越來越清楚的是，克隆選擇理論需要修正，該理論提出每個(gè)單個(gè)抗原都有一個(gè)淋巴細(xì)胞和受體，而交叉反應(yīng)性，即單個(gè)TCR識(shí)別多個(gè)肽序列的能力，是一個(gè)經(jīng)常發(fā)生的事件。

一項(xiàng)研究中提供了一個(gè)非常令人信服的證據(jù)，即我們的T細(xì)胞免疫是由交叉反應(yīng)形成的。在未暴露于病毒的健康供體的血液中搜索對(duì)HIV、CMV和HSV衍生的表位特異性的HLA-DRB1*0401限制性CD4+T細(xì)胞顯示，盡管這種細(xì)胞的頻率非常低，但仍在CD45RO+亞群中發(fā)現(xiàn)了很大一部分。并且，這些HIV特異性T細(xì)胞克隆與一系列細(xì)菌或藻類衍生肽的交叉反應(yīng)表明，這些細(xì)胞是由不相關(guān)的抗原引發(fā)的。

盡管有明確的證據(jù)表明TCR的交叉反應(yīng)性質(zhì)，但目前尚不清楚一個(gè)獨(dú)特的TCR在“現(xiàn)實(shí)”中能識(shí)別多少個(gè)肽。據(jù)估計(jì)，應(yīng)該約為106。幾項(xiàng)研究表明，在單個(gè)MHC分子的背景下，單個(gè)T細(xì)胞克隆確實(shí)可以感知超過一百萬種不同的肽。然而，基于只有1%的肽最終會(huì)出現(xiàn)在MHC上的假設(shè)，估計(jì)最終交叉反應(yīng)的“真實(shí)”頻率約為104。

TCR交叉反應(yīng)和自身免疫

T細(xì)胞交叉反應(yīng)最明顯和最有害的后果是產(chǎn)生自身免疫的風(fēng)險(xiǎn)。盡管自反應(yīng)性T細(xì)胞在胸腺中缺失，但弱交叉反應(yīng)性T淋巴細(xì)胞可能通過識(shí)別感染源的表位而在外周存活并被激活，這種現(xiàn)象被稱為“分子模仿”。在自身免疫中，CD4+T細(xì)胞的TCR交叉反應(yīng)性被認(rèn)為優(yōu)先在自身免疫性疾病發(fā)展中起到核心作用。這與癌癥相反，在癌癥中，細(xì)胞毒性CD8+T細(xì)胞的交叉反應(yīng)更為重要。

急性風(fēng)濕熱（RF）是感染后發(fā)生系統(tǒng)性自身免疫的典型例子，即a組β-溶血性鏈球菌。它會(huì)影響滑膜關(guān)節(jié)、心臟瓣膜和大腦，導(dǎo)致關(guān)節(jié)炎、心肌炎、舞蹈病、邊緣紅斑和皮下結(jié)節(jié)等臨床特征。Kaplan于1960年首次描述了A組鏈球菌和心臟組織之間的分子模擬。化膿性鏈球菌表面存在的三種類型的蛋白質(zhì)抗原是M蛋白、T蛋白和R蛋白。M蛋白是毒性最強(qiáng)的一種，與各種宿主蛋白具有結(jié)構(gòu)相似性，包括心肌肌球蛋白、層粘連蛋白、波形蛋白和原肌球蛋白。在這種細(xì)胞反應(yīng)過程中，鏈球菌抗原通過MHC II類分子呈遞，并激活自身反應(yīng)性T細(xì)胞。此外，在RF患者的瓣膜組織和心肌中，發(fā)現(xiàn)了具有三種交叉反應(yīng)模式的T細(xì)胞：1）心肌肌球蛋白和瓣膜衍生蛋白，2）心肌肌蛋白和鏈球菌M肽，以及3）心肌肌肽、鏈球菌M肽和瓣膜衍生蛋白。

多發(fā)性硬化癥是中樞神經(jīng)系統(tǒng)最常見的自身免疫性疾病之一，其特征是神經(jīng)元軸突周圍的保護(hù)性髓鞘丟失。其病理生理學(xué)已被廣泛研究，然而多發(fā)性硬化癥的病因尚不清楚。對(duì)多種中樞神經(jīng)系統(tǒng)蛋白，例如髓鞘堿性蛋白（MBP）或髓鞘少突膠質(zhì)細(xì)胞糖蛋白（MOG）具有特異性的自身抗體存在于MS患者的血清、腦脊液（CSF）和大腦中。類似地，在血液中發(fā)現(xiàn)了對(duì)髓磷脂抗原具有特異性的CD4+T細(xì)胞�？乖�識(shí)別研究表明，多發(fā)性硬化癥患者的CD4+自身反應(yīng)性、MBP特異性T細(xì)胞與來源于細(xì)菌或病毒蛋白的肽可以發(fā)生交叉反應(yīng)。這些發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生了這樣一種概念，即最初由傳染源激活和擴(kuò)展的免疫反應(yīng)可能與介導(dǎo)中樞神經(jīng)系統(tǒng)炎癥的自身抗原發(fā)生交叉反應(yīng)，并誘導(dǎo)大腦破壞。迄今為止，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了許多感染誘導(dǎo)針對(duì)腦特異性表位的交叉反應(yīng)性T細(xì)胞。例如，來自HSV和綠膿桿菌的與MHC分子結(jié)合的肽被交叉反應(yīng)性髓鞘特異性T細(xì)胞識(shí)別。此外，來自結(jié)核分枝桿菌、鼠傷寒桿菌和大腸桿菌的肽導(dǎo)致MBP特異性T細(xì)胞的體外強(qiáng)增殖，并在小鼠中誘導(dǎo)EAE。

TCR交叉反應(yīng)和癌癥

除了罕見的抗原異常序列，例如突變抗原，腫瘤通常在其MHC分子上呈遞自身抗原，并且免疫原性較差。這是胸腺陰性選擇的結(jié)果，在胸腺陰性選擇中，高自我反應(yīng)性T細(xì)胞被消除以防止自身免疫性疾病的發(fā)展。然而，這也使T細(xì)胞靶向腫瘤成為一項(xiàng)艱巨的任務(wù)，因?yàn)樗鼤?huì)削弱有效和強(qiáng)大的免疫反應(yīng)。因此，與自身免疫疾病的情況相反，潛在病原體特異性T細(xì)胞對(duì)腫瘤細(xì)胞特異性呈遞自身抗原的交叉反應(yīng)可能會(huì)產(chǎn)生有利的抗腫瘤免疫。

一項(xiàng)研究在對(duì)NSCLC中腫瘤浸潤(rùn)淋巴細(xì)胞的TCR進(jìn)行測(cè)序后，鑒定出了一種源自上皮蛋白TMEM161A的新型TAA。識(shí)別該肽的TCR被證明易與來自EBV的表位發(fā)生交叉反應(yīng)。在另一種基于計(jì)算的方法中，研究人員在癌癥肽數(shù)據(jù)庫中確定了許多與病毒序列具有相同同源性的TAA。與腫瘤抗原序列最常見的病毒是HIV-1、HSV和人乳頭瘤病毒（HPV）。除了序列同源性外，研究還報(bào)道了這些肽與HLA分子和TCR之間的接觸模式具有結(jié)構(gòu)相似性。最近的一份研究報(bào)告了三名轉(zhuǎn)移性結(jié)直腸癌患者在SARS-CoV-2感染后腫瘤縮小�？傊�，這些研究表明，病原體和腫瘤抗原交叉反應(yīng)性T細(xì)胞反應(yīng)可能在抗癌免疫中發(fā)揮重要作用。

此外，研究還報(bào)道了腫瘤特異性T細(xì)胞與細(xì)菌表位之間的交叉反應(yīng)性。細(xì)菌衍生抗原的主要體內(nèi)來源是微生物群，人類腸道由大約1014個(gè)微生物定植。定殖微生物的數(shù)量之多意味著免疫細(xì)胞在一生中暴露于這些細(xì)菌是不可避免的，這導(dǎo)致了對(duì)共生肽的免疫反應(yīng)的產(chǎn)生。研究人員將癌癥肽數(shù)據(jù)庫中的所有TAA與微生物物種厚壁菌和擬桿菌序列進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)這些物種的肽和腫瘤抗原具有高度同源性，它們占所有腸道微生物群的90%。另外一項(xiàng)研究中，在黑色素瘤患者中可以檢測(cè)到識(shí)別癌癥抗原GPD1-L并與源自多毛腸球菌噬菌體TMP蛋白表位交叉反應(yīng)的T細(xì)胞克隆。此外，對(duì)荷瘤小鼠進(jìn)行環(huán)磷酰胺治療，可以誘導(dǎo)腸球菌從腸腔轉(zhuǎn)移到腸系膜和脾臟免疫組織，從而改善抗癌CD8+T細(xì)胞反應(yīng)。這種抗腫瘤作用在給小鼠服用抗生素后被消除。

其他研究也表明，在臨床結(jié)果良好的癌癥患者中，發(fā)現(xiàn)CD4+和CD8+T細(xì)胞對(duì)腸球菌、脆弱擬桿菌、瘤胃球菌和粘液性阿克曼菌具有特異性。因此，腸道微生物組可能是對(duì)腫瘤產(chǎn)生免疫反應(yīng)以及對(duì)免疫療法產(chǎn)生反應(yīng)的重要調(diào)節(jié)劑。

TCR交叉反應(yīng)性的治療意義

在自身免疫性疾病中，Th1和Th2細(xì)胞的作用已被充分證明。特別地，啟動(dòng)信號(hào)（pMHC/TCR的特異性、親和力和親和力，APC/T細(xì)胞相互作用）控制T細(xì)胞的成熟、分化和功能。因此，肽及其與MHC結(jié)合的改變可能會(huì)影響免疫反應(yīng)的強(qiáng)度。對(duì)于自身免疫性疾病的藥物開發(fā)，通過將炎癥性Th1反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)門h2反應(yīng)、誘導(dǎo)調(diào)節(jié)性T細(xì)胞（Tregs）或完全抑制T細(xì)胞來沉默抗自身T細(xì)胞活性都是很好的策略。

Nicholson及其同事首次證明了在MS的小鼠EAE模型中，源自原始抗原肽的修飾肽序列，即修飾肽配體（APLs）能夠?qū)�Th1反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)楦�有利的Th2反應(yīng)。研究使用了腦髓鞘脂蛋白PLP139-151肽段，并在兩個(gè)主要TCR接觸殘基產(chǎn)生突變（L144/R147），這種類似物被證明是體外PLP特異性T細(xì)胞克隆的強(qiáng)大TCR拮抗劑。注射這種類似物可以保護(hù)動(dòng)物免受EAE的侵襲。

除了自身免疫性疾病，基于TCR交叉反應(yīng)目前也正在開發(fā)新的和更有效的癌癥治療。提高TAAs免疫原性的一種方法是利用TCRs的交叉反應(yīng)。通過雜環(huán)肽的設(shè)計(jì)，其中替換某些氨基酸來提高肽和MHC分子之間相互作用的穩(wěn)定性，被證明是提高體外CTL反應(yīng)性和控制小鼠腫瘤生長(zhǎng)的強(qiáng)大策略。重要的是，這些雜環(huán)肽需要被與天然序列交叉反應(yīng)的T細(xì)胞識(shí)別，因此可以驅(qū)動(dòng)殺死自然呈遞原始肽的腫瘤細(xì)胞。

另一方面，腫瘤抗原與許多病原體衍生的表位具有同源性，因此，這些表位可以驅(qū)動(dòng)具有相同TCR的T細(xì)胞的激活，使這成為一種有吸引力和前景的策略。在治療性癌癥疫苗接種中利用這種交叉反應(yīng)性的優(yōu)點(diǎn)是多方面的：首先，它可以克服天然TAA的低免疫原性和親和力；其次，與幼稚的T細(xì)胞相比，記憶T細(xì)胞可以被低得多的肽濃度激活；第三，免疫后回憶T細(xì)胞反應(yīng)顯然比啟動(dòng)新的效應(yīng)物更容易實(shí)現(xiàn)，尤其是考慮到目前缺乏金標(biāo)準(zhǔn)的強(qiáng)佐劑；第四，利用感染后已經(jīng)在體內(nèi)擴(kuò)增的“天然”T細(xì)胞可能會(huì)降低自身免疫的風(fēng)險(xiǎn)。

小結(jié)

交叉反應(yīng)是我們的適應(yīng)性免疫系統(tǒng)應(yīng)對(duì)病原體的一個(gè)非常聰明的特性，它在諸如自身免疫和癌癥等不同的病理狀態(tài)中也發(fā)揮著重要作用。在自身免疫性疾病中，交叉反應(yīng)在治療中的應(yīng)用在很大程度上取決于它們抑制免疫反應(yīng)性的能力，因此，識(shí)別和預(yù)測(cè)特定TCR識(shí)別的自身表位和模擬表位對(duì)于這種抗原特異性方法的成功至關(guān)重要。

在癌癥免疫治療中，TCR交叉反應(yīng)性正在成為一個(gè)重要的考量因素，這不僅是為了設(shè)計(jì)更有效的基于T細(xì)胞的治療，也是為了預(yù)防嚴(yán)重的副作用�？紤]到治療方法的不斷個(gè)性化，對(duì)于TCR開發(fā)新的精細(xì)預(yù)測(cè)方法至關(guān)重要，由于可能影響交叉反應(yīng)性的許多方面，這是一個(gè)非常具有挑戰(zhàn)性的過程。

參考文獻(xiàn)：

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

       原文標(biāo)題 : T細(xì)胞交叉反應(yīng)的利弊：自身免疫和癌癥新療法的挑戰(zhàn)和機(jī)遇