TCR细胞通路研究进展

1、tcr细胞通路研究进展tcr信号通路研究新进展t细胞相关免疫疗法在近期的癌症研究中大放异彩，“主力部队” 是 car-t和 tcr-t这两种技术。相对于car-t细胞疗法， tcr-t疗法的关注度相对低些，但是这两种细胞疗法都属于利用患者自身的t 淋巴细胞治疗癌症的前沿基因疗法。研究发现，在实体瘤治疗方面，tcr疗法可能比 car疗法更有优势。t细胞在免疫系统中具有重要作用，可以攻击病原体和肿瘤细胞。t细胞受体 （tcr ）能识别不同的广泛亲和力的配体，参与激活多种生理过程。tcr细胞疗法定制功能性tcr ，具有最佳的抗原识别特性，利用人体免疫系统来对抗癌症。那么， 这种疗法的分子机制是什么呢

2、？与之相关的tcr 信号通路的分子调控机制有怎样的研究进展呢？本文将对这些问题进行综合性讲述。tcr蛋白结构图一 tcr复合物结构t细胞作为适应性免疫应答的主要组成部分，其抗原识别受体结构以被证实，克隆获得的tcr由 -链和 -链构成异源二聚体。tcr异源二聚体主要与cd3的多个信号转导亚基结合，如图所示， cd3、 cd3和 cd3异源二聚体以及cd3同源二聚体。在cd3的不同亚基含有免疫受体酪氨酸的活化基序-itam，但是每个亚基的数量不同，cd3、 cd3和 cd3分别含有一个，而cd3含有三个串联的itam，这样就使的每个t 细胞受体可以产生10 个itam。 酪氨酸磷酸化的itam可

3、以使 tcr与胞内信号转导通路发生偶联，向 tcr募集含有sh2结构域的蛋白质，如酪氨酸激酶zap70。但是现在还没有解决为什么tcr复合物包含这么多的信号转导亚基和itam 的问题，主要有两种假说，一种是cd3分子或单独的itam 可能通过募集独特的效应分子，执行不同的信号转导功能；另一种是多个itam 的主要功能是放大tcr信号。tcr识别与抗原递呈细胞（apc ）呈递的可以结合mhc 分子（ pmhc）的肽。单独的tcr能够识别具有广泛亲和力的不同配体（自身肽和外来肽）。tcr 参与触发不同的功能输出。在胸腺中， pmhc 与 tcr信号结合强度决定了细胞发育与分化过程。当结合力在最小值

4、到最大值之间时，促进胸腺细胞的存活，并转化成cd4+cd8-或 cd4-cd8+的成熟阶段；如果tcr与pmhc 太低或太高，细胞会发生凋亡。在外围，自体pmhc 对 tcr的低亲和力结合提供了维tcr细胞通路研究进展持初始 t细胞所必需的强直性存活信号，并且还可以促进其与外来抗原高亲和力遭遇时的完全激活。图二 tcr结合强度对胸腺细胞的影响tcr信号强度对于产生合适的应答t细胞至关重要。 tcr信号传导应答指导cd4+ t细胞分化成功能不同的t 辅助细胞亚群， 对特定 t 细胞亚群 （如调节性t 细胞）也起着关键作用。tcr细胞的强度和持续时间与记忆t细胞分化相关， 也是诱导 t细胞无能或耗

5、竭的基本决定因素。tcr信号受到生化及分子机制的调控，导致信号放大或衰减。调控tcr的机制复杂多样，不过可以分为三个基本层面：早期信号转导效应分子（如关键激酶和磷酸酶的调节）；信号分子发育阶段（特异性表达调控）；以及 tcr信号强度的动态调控。tcr信号通路概述tcr细胞通路研究进展图三： tcr信号通路概述tcr与抗原呈递细胞（apc）上表达的mhc 复合物结合，进而激活tcr信号通路。 src家族蛋白酪氨酸激酶lck与 cd4 和 cd8共同受体的胞质结构域结合，并分别通过cd8或 cd4与mhc i 类或 mhc ii 类复合物的共结合募集至tcr 。lck磷酸化，使蛋白酪氨酸激酶zap

6、70结合到 cd3链中。 t细胞活化衔接因子lat被磷酸化，激活t 细胞，募集多个衔接因子和效应分子，形成lat信号传导体。 lat相关效应分子的活化导致信号通过三种主要信号通路进行传导：钙调蛋白、 mapk和 nf-b 信号通路。 钙调蛋白信号传导会活化t 细胞核因子 （nfat ）发生核移位； mapk 信号传导导致肌动蛋白聚合以及转录因子fos 、jun、ap-1的激活； nf-b 信号传导使rel和 nf-b 转录因子核移位；这些转录因子协同作用引起t 细胞增殖、迁移、 细胞因子产生和效应功能。tcr还通常与其共同受体cd28或细胞因子受体 （如 pi3k、akt、pip3、pten

7、、jak 、stat ）等信号通路的活化相关。图四： tcr相关的其它信号通路tcr信号通路关键节点的调节主要以 lck 、zap70和 lat三个关键节点为中心对tcr信号通路进行调节。lck节点的调节tcr细胞通路研究进展图五： lck关键节点的调节最近的研究发现，lck定位和构象变化是tcr信号转导的重要决定因素。lck激酶活性受两种关键调节性酪氨酸y394 和 y505的磷酸化和去磷酸化控制（图五）。y394位于 lck激酶环中，自磷酸化可以稳定催化结构域的活性构象。另一方面， 蛋白酪氨酸激酶csk对羧基末端y505残基的磷酸化， 促进 y505 与 sh2结构域的分子相互作用，稳定了

8、使催化结构域失活的折叠构型。跨膜酪氨酸磷酸酶cd45使 py505 和 py394 去磷酸化，因此，cd45 可能潜在地调节控制lck活性。 研究发现， 有多种细胞质磷酸酶可以使y394去磷酸化， 抑制 lck活性，比如 ptpn2 、ptpn12、ptpn22、shp1 、dusp22等。近期的研究还报道一个意外的lck调节剂：钙调磷酸酶。钙调磷酸酶能促进nfat的激活和核转运，募集到lck后使 s59去磷酸化。钙调磷酸酶抑制zap70、lat和 slp76的磷酸化，但不影响lck的磷酸化（ y394） ，表明 lck的磷酸化（ s59）不直接调节lck的催化活性，而是改变其连接到zap70

9、和下游信号通路。 s59的去磷酸化对lfa1 （淋巴细胞功能相关抗原1）介导的 icam1 响应 tcr黏附是必需的，确定s59 磷酸化在控制lck配体相互作用和细胞黏附中的作用。蛋白质组学研究发现lck的负反馈调节主要受zap70 影响。抑制zap70 催化活性导致lck（y394）磷酸化增加， y192磷酸化降低。 y192磷酸化导致lck对 cd3链的 itam 磷酸化减少，改变sh2结构域对特定配体的特异性，抑制lck催化活性并减弱下游信号激活。zap70节点的调节图六： zap70关键节点的调节zap70与 tcr的 itam 结合，通过磷酸化y493而激活，而位于 sh2和激酶结构

10、域之间的y315和 y319磷酸化促进zap70从无活性到有活性的转变，是激酶活性所必需的。 有研究发现y315和 y319 的磷酸化不影响zap70激酶活性，而是稳定zap70-itam结合并增加其在tcr的存在时间。这种稳定的复合物导致y126磷酸化，而磷酸化的y126可以与 atp结合，降低 zap70对磷酸化的itam 的亲和力，使活性 zap70释放到质膜中， 可以磷酸化一些下游反应物如lat。zap70和其它几种tcr信号效应物的稳定受到泛素介导的翻译后修饰的调控。新研究结果显示， zap70催化活性受nrdp1和 otud7b调节。nrdp1对 zap70泛素化修饰招募sts1和

11、 sts2 ，使 zap70去磷酸化并失活。另一研究显示，去泛素化酶otud7b通过阻止泛素介导的sts1和 sts2的募集，可以促进或延长zap70活化。lat节点调节lat与 tcr结合后形成微团簇。 这种微团簇的形成是有顺序的，可以影响tcr信号传导。grb2和 sos1形成复合物， 促进 lat在细胞膜上寡聚化，促进 erk-mapk激酶信号转导。 lat微团簇保留 zap70，但不保留cd45，有助于信号分子在细胞膜上分离，从而促进tcr信号传导。通过分析表达突变的sos1的转基因小鼠，证明sos1介导的 lat微团簇是正常t 细胞发育所需的。同样的研究表明lat寡聚化对于plc 1

12、 的磷酸化和活化也是必需的。tcr信号调节新机制如上所示，最近在分子水平上鉴定了几种调节tcr信号传导的新机制。在胸腺细胞发育期间， tcr与 mhc 相互作用，激活信号传导。在双阳性胸腺细胞中，cd4+和 cd8+ t 细胞完全激活，尽管tcr表面表达较低，但双阳性胸腺细胞对pmhc 作用比成熟t 细胞敏感。tcr细胞通路研究进展themis 、tespa1 、 vgsc 、tcr 、traf3ip3 、pkd2 、pkd3和 mir-181a 在 cd4 + cd8 +双阳性胸腺细胞中强阳性表达，在成熟t细胞中下调。在tcr参与之后， themis与 grb2相互作用与 shp1一起被募集

13、到lat接头。 shp1活性在胸腺细胞中也受到pkd2和 pkd3的抑制。 vgsc是在胸腺细胞阳性选择期间维持ca2+稳态的关键钠通道。tespa1是一种蛋白质衔接子，能够结合并激活ip3r1， 通过内质网控制ca2 +的释放。traf3ip3向高尔基复合体募集mapk / erk激酶（ mek） ，促进其通过braf激活并导致细胞外信号调节激酶（erk ）激活。除了一些特殊的磷酸酶（如cd45和 shp2 ） ，大多数在细胞信号传导中主要起抑制作用，直接或间接抑制蛋白激酶活性。mir-181a 抑制 dusp5 、dusp6和 ptpn22的翻译，增强tcr信号传导。t 细胞中的tcr信号

14、也诱导ptpn22，通过 mir-181a 调节，导致胸腺细胞中ptpn22表达低和成熟 t 细胞中 ptpn22表达高，在抗原刺激后t细胞中进一步诱导ptpn22 。ptpn22在人类中的突变与自身免疫性疾病的风险增加相关。最近研究结果表明，ptpn22 的关键功能是抑制 tcr信号传导，从而防止自体pmhc 或弱激动剂完全激活和扩增t 细胞。tcr信号转导主要通过shp1的去磷酸化来抑制。themis在最近的研究中被鉴定为胸腺细胞阳性选择所需的t系特异性蛋白质。themis缺陷的胸腺细胞中，shp1磷酸酶活性增加，表明 themis抑制 shp1 。themis缺陷型胸腺细胞的发育阻滞通过

15、缺失shp1获得。另有研究发现，pkd2和 pkd3通过磷酸化s557，抑制 shp1对 tcr信号的影响。 pkd2和 pkd3的 t 细胞特异性缺失，胸腺细胞发育阻滞。总之，这些研究表明themis、pkd2和 pkd3的调节胸腺细胞发育，促进其阳性选择，抑制shp1磷酸酶活性。cd5 在 tcr信号通路中具有重要的协调功能。cd5募集 cbl和 cbl-b至细胞膜。响应tcr刺激，促进泛素化。 cd5遗传缺失影响单一的tcr胸腺细胞的阳性选择，对多克隆胸腺细胞的阳性选择影响不显著。tcr-pmhc相互作用的亲和力及亚活化稳态tcr信号的强度决定cd5表达程度，推测cd5 提供负反馈调节t

16、cr信号传导，促进t 细胞存活，不会触发自体配体的细胞激活。 cd6与 cd5在结构上相似，cd6表达缺失的小鼠外周t细胞对 tcr刺激增强，与 cd5相似，对tcr信号传导具有抑制作用。tcr细胞通路研究进展总结在本文， 我们总结了近期在tcr信号通路关键点新的分子调控机制的研究。tcr参与激活的信号传导涉及多个复杂的信号通路，利用细胞成像、 流式细胞技术和单细胞分析极大的促进tcr信号及其控制机制的进一步阐述，尤其是蛋白质组学技术的发展，为未被检测到的潜在调控机制提供了可能，有望揭示t 细胞活化、发育和功能等新理论。参考文献：1.guillaume gaud, renaud lesourne and paul e. love. regulatory mechanisms in t cell receptor signaling. nature immunology, 1-13 (2018). 2.philipsen, l. et al. de novo phosphorylation and conformational opening of the tyrosine kinase lck act in concert to initiate t cell receptor signaling. sci.