1998年，GALLIMORE等[1]的研究首次提出“T细胞耗竭（T cell exhaustion）”的概念。机体受到各种抗原刺激后，抗原特异性初始T细胞分化成效应T细胞（Teff）和记忆T细胞（Teme）。随着抗原清除和炎症消散，多数被激活的T细胞死亡，另一小部分则分化为Teme，下调其效应器程序从而获得类似干细胞的生存能力，并且不依赖于抗原存在[2]。在慢性感染及癌症中，持续的抗原刺激会引起抗原特异性T细胞的效应功能逐渐减退甚至丧失，出现抑制性受体持续高表达、转录及表观遗传学发生改变、代谢失调等特征，并且不能过渡到Teme的静止、非抗原依赖状态，这就是T细胞耗竭的过程[3]。随着研究的不断深入，人们已经在各种慢性感染[4,5,6]、自身免疫性疾病[7]和肿瘤[8]中发现了T细胞耗竭的现象。

在呼吸系统疾病方面，对于T细胞耗竭的研究主要集中在肺结核、新型冠状病毒感染及肺癌领域。研究表明，结核分枝杆菌感染可以导致T细胞分泌功能的异常[3]；在新型冠状病毒感染的患者中，T细胞耗竭相关分子标志物的表达量发生改变[9]；此外，T细胞耗竭在肺癌的发生发展中也扮演着重要的角色。本文介绍了T细胞耗竭的影响因素及特征，总结了其与呼吸系统疾病存在的联系，着重探讨了T细胞耗竭相关的抑制性受体和基因在呼吸系统疾病诊断和治疗中的价值，并为后续呼吸系统疾病机制的研究提供新的思路。

1、T细胞耗竭的影响因素

1.1 持续的高水平抗原刺激

抗原暴露的总持续时间和抗原数量是驱动T细胞耗竭的关键因素之一。早期在感染慢性淋巴细胞性脉络丛脑膜炎病毒（LCMV）的小鼠实验中发现，持续的抗原呈递在慢性病毒感染期间直接导致T细胞的耗竭。在高度复制的人类慢性病毒感染时，病毒特异性CD8+T细胞在感染后期才会逐渐出现效应功能的异常甚至缺失。因此，抗原刺激的持续时间和抗原量是决定慢性病毒感染期间T细胞耗竭严重程度的重要影响因素。

1.2 免疫调节——负调节通路

1.2.1 细胞表面抑制性受体

在90年代初对T细胞的研究中，最早提出了抑制性受体这一概念，并将具有免疫受体酪氨酸抑制基序和免疫突触相关的蛋白质归类为（共）抑制性受体。目前，抑制性受体有了新的功能性定义，即对T细胞活化和功能产生负面干扰的共抑制分子。在动物模型和人体中发现，T细胞耗竭是一个在抑制性受体控制下活跃的过程。抑制性受体主要通过以下几种机制对T细胞的功能障碍产生影响：（1）与共刺激受体竞争性结合共同的配体并干扰微集落和脂筏的形成，例如细胞毒性T淋巴细胞相关抗原4(CTLA-4）可以与CD28竞争共刺激配体B7-1或B7-2，抑制AKT/PI3K通路，减弱T细胞增殖和细胞因子产生的功能；（2）通过调节细胞内介质，减弱T细胞受体（TCR）信号传递，例如PD-1可以将磷酸酶募集到T细胞受体-近端信号复合体附近后衰减其信号，从而导致T细胞功能障碍[3];(3）诱导编码参与抑制T细胞功能的分子的基因，QUIGLEY等[10]在对HIV特异性CD8+T细胞的基因表达谱进行分析时发现，PD-1协同上调了人类和小鼠耗竭T细胞（Tex）的一系列基因，如B和T淋巴细胞衰减因子（BTLA）基因。另外，一些抑制性受体的配体也会影响T细胞耗竭，如PD-1及其配体PD-L1或PD-L2的活性会影响癌症中T细胞的各项功能，从而降低抗肿瘤免疫反应[10]，这些研究结果表明，抑制性受体共表达的模式和数量会影响T细胞功能障碍的严重程度。

1.2.2可溶性细胞因子

除了细胞表面抑制性受体，某些可溶性细胞因子也会影响T细胞的耗竭。BROOKS等[12]通过小鼠实验发现持续的病毒感染会导致抗原提呈细胞中白细胞介素-10(IL-10）的显著上调，从而进一步导致T细胞反应受损。HASHIMOTO等[13]研究发现相比于PD-1阻断剂的单独使用，IL-2联合PD-1阻断剂可以改变PD-1+TCF+干细胞样CD8+T细胞的分化程序，导致转录和表观遗传上不同的效应CD8+T细胞（即高功能效应CD8+T细胞）的产生，从而介导对病毒的控制。此外，转化生长因子-β（TGF-β）也被发现与T细胞耗竭有关。Smad2作为TGF-β信号传导通路的信号转导物，在感染期中的磷酸化程度明显高于控制期，而阻止TGF-β信号的传导可以改善CD8+T细胞的功能。另有研究[14]发现TGF-β信号的缺失可以导致Teff的数量显著增加。但目前，可溶性细胞因子对T细胞耗竭的具体影响机制尚不明确，仍有待进一步研究。

1.2.3 免疫调节细胞

在许多持续的慢性感染期间或癌症发展期间，免疫调节细胞CD4+T细胞会对CD8+T细胞的功能产生影响。在对LCMV感染后的CD8+T细胞进行研究时发现，IL-21在慢性感染中对维持CD8+T细胞的反应起着关键作用，缺乏IL-21或其受体，可以导致病毒特异性CD8+T细胞失去产生γ干扰素（IFN-γ）、肿瘤坏死因子-α(TNF-α）、IL-2的能力，并高表达CD43和PD-1[15]。而多项研究[16,17]表明，CD4+T细胞可以分泌IL-21。CD4+T细胞能通过CD40和CD40配体的相互作用激活特异性抗原提呈细胞，引导初始T细胞到达次级淋巴器官的启动部位，从而导致T细胞在感染部位的聚集，同时产生IL-2和IL-21等细胞因子直接作用于CD8+T细胞。因此，CD4+T细胞的异常和缺失可以导致CD8+T细胞的功能障碍和衰竭。

2、耗竭T细胞的特征

2.1 效应功能减弱及丧失

在慢性病毒感染期间，病毒特异性T细胞在感染的早期获得效应功能，但在持续存在抗原的情况下，T细胞会以渐进性的方式出现功能障碍。通常情况下，T细胞产生IL-2、高增殖以及离体杀伤的能力最先减退，接着分泌TNF的功能出现障碍，然后分泌IFN-γ、β-趋化因子和脱颗粒的能力发生衰竭，耗竭的最后阶段是T细胞的凋亡和完全消失。Tex功能障碍的特征在不同的感染中也会有所不同，例如在慢性丙型肝炎病毒感染期间，CD8+T细胞产生IFN-γ的能力会减退，但在艾滋病毒感染期间则很少发生[3]。肿瘤中的T细胞分化则不同于慢性感染中的T细胞分化，在肿瘤的发生发展过程中，幼稚的肿瘤特异性T细胞会直接进入“无反应”样低反应状态。

2.2抑制性受体高表达

在分子标记的中心是抑制性受体表达的上调，所以抑制性受体也被称为耗竭标志物。在慢性感染或肿瘤免疫应答过程中，Tex会出现抑制性受体的高表达和多种抑制性受体的共表达，并且抗原刺激的持续程度会影响抑制性受体表达的数量及多样性[3]。

PD-1是T细胞耗竭主要的抑制性受体，它属于CD28超家族7中的一种，会影响Tex的存活和增殖能力，在慢性感染病毒的小鼠病毒特异性CD8+T细胞中高表达，而在清除病毒感染后，小鼠的病毒特异性CD8+T细胞中不表达PD-1。阻断小鼠体内PD-1/PD-L1通路可以增强病毒特异性CD8+T细胞的效应功能，并且降低病毒载量。

CTLA-4也被发现在Tex中的表达增加。持续的慢性感染如HIV和HBV感染会导致CD8+T细胞中CTLA-4的上调，进一步影响T细胞的效应功能[18]。其在肿瘤方面的研究最早来自于对白血病以及淋巴瘤的观察中，在恶性程度较低的淋巴瘤、急性白血病T细胞中都可以检测到CTLA-4的表达，CTLA-4可以抑制T细胞介导的抗肿瘤免疫反应，并且导致T细胞分泌IL-2的能力下降[19]。

持续的抗原暴露也会引起T细胞表面的淋巴细胞活化基因-3(LAG-3）的高表达，进一步导致T细胞周期发生改变，从而失去有效的效应功能[20]。除此以外，Tex表面T淋巴细胞免疫球蛋白黏蛋白（TIM-3）、BTLA、CD160、CD244等抑制性受体的表达也会增加。这些研究表明，在慢性感染和肿瘤中，T细胞耗竭会引起多种抑制性受体的共表达，并且进一步导致T细胞更严重的功能障碍甚至T细胞的消失。

2.3 转录及表观遗传学改变

在慢性病毒感染和癌症中，不同于Teff和Teme,Tex表达着独特的基因模式。Tex差异性表达了几个编码关键信号分子的基因，如含HMG结构域的转录因子胸腺细胞选择相关高迁移率族蛋白（TOX）是其与Teff和Teme表达程度差异最大的基因。TOX在Tex形成过程中扮演着至关重要的角色。TOX由钙调神经磷酸酶（Ca N）和活化T细胞核转录因子-2(NFAT2）诱导，并在前馈环中以不依赖于Ca N的形式不断累积。TOX将持续刺激转化为了一种特定的T细胞转录和表观遗传学发展程序[21]。NFAT是具有多项调节功能的转录因子，它可以与干扰素调节因子4(IRF4）和碱性亮氨酸拉链转录因子（BATF）联合促进包括PD-1在内的抑制性受体的表达，并介导受损的细胞代谢。此外，它们可以抑制转录因子-1(TCF-1）的表达，TCF-1是Teme分化所需的转录因子。减少IRF4表达可恢复抗原特异性T细胞的功能和代谢特性，并促进Teme发育。Tex中PD-1的持续表达还受到RAR、T-bet和Sox3基序的耗竭特异性增强子的调节。SEN等[22]将Tex、Teff和Teme中的fng基因座上的开放染色质（Ch AR）区域进行比较，发现其调节区模式存在显著差异。Tex中Pdcd1基因的上游23.8 kb碱基处存在转录因子RAR、T-bet和Sox3潜在的结合位点，而Pdcd1是编码PD-1的基因之一，当这3个结合位点与转录因子结合时，PD-1的表达量将会增加；反之，当结合位点发生基因突变时，PD-1的表达将会受到抑制[22]。另外，Tex中参与钙结合、Map激酶信号和细胞因子信号转导的基因表达也与Teff和Teme有所不同。在Tex中，磷酸酶Shp1转录减少，这可能与某些抑制性受体的功能或TCR信号的减弱有关。尽管目前对于影响Tex表达的转录因子的表达谱和基因调控网络已经得到较为广泛的研究，但如何利用这些表达模式来定义T细胞耗竭仍有待进一步阐明。

2.4 代谢失调

T细胞在耗竭期间会出现代谢异常和生物能量的改变。例如，许多参与能量代谢和柠檬酸循环的基因（Acas2l、Sdha、Adcy7、Pdha1和Acadm等）在Tex中的转录下调，而Teff和Teme中没有被下调。除此以外，其他代谢途径包括溶质和离子通道以及水通道蛋白的转录也会发生改变，这些改变最终会影响T细胞的长期适应性和存活率[3]。

3、 T细胞耗竭与呼吸系统疾病的关系

呼吸系统疾病是一类涉及呼吸道与肺部的疾病，包括肺部感染性疾病、肺癌、慢性气道炎症性疾病等多种疾病。T细胞耗竭引起的T细胞功能障碍可以导致免疫系统的应答能力下降，进而增加呼吸系统疾病发生发展的可能性。因此，逆转T细胞耗竭，恢复T细胞功能逐渐成为呼吸系统疾病治疗的一种新策略。

3.1 T细胞耗竭与呼吸系统慢性感染

T细胞在清除病原体方面起着至关重要的作用，CD8+细胞毒性T细胞（CTL）能够分泌一系列分子，如穿孔素、颗粒酶和IFN-γ，从宿主体内清除病原体。同时，CD4+辅助T细胞（Th）可以辅助细胞毒性T细胞和B细胞，增强其清除病原体的能力。然而，如前文所述，病原的持续刺激可能会导致T细胞耗竭，进一步导致各种细胞因子的分泌障碍，影响机体的免疫反应[3]。

3.1.1 T细胞耗竭与肺结核

肺结核是一种由结核分枝杆菌引起的传染性疾病，与T细胞耗竭的发生密切相关。刘勋[23]通过小鼠实验发现，结核抗原持续刺激的小鼠体内IFN-γ和IL-2的分泌水平显著降低，CD4+、CD8+T细胞数目显著减少，而T细胞表面抑制性受体PD-1表达水平升高，这说明大量结核抗原的持续刺激会引起T细胞功能的受损。PHILLIPS等[24]则发现在转录和蛋白质水平，患有活动性肺结核的动物的肺中LAG-3表达升高。而在临床实验结果中显示，活动性肺结核患者的T细胞、单核细胞、巨噬细胞和B细胞上广泛表达PD-1及其配体[25]。因此拯救被耗竭的T细胞功能成为治疗肺结核过程中的目标之一。JAYARAMA等[26]在结核分枝杆菌慢性感染的小鼠中发现，T细胞分泌IL-2和TNF的能力减弱，而分泌IL-10的能力增强，并出现功能障碍。同时，表达TIM-3的T细胞积聚，可共表达PD-1及其他抑制性受体，阻断TIM-3通路则可以改善T细胞功能。LOMBARDI等[27]发现阻断PD-1或PD-1及其配体可以增强CTL的脱颗粒能力和分泌IFN-γ的功能。这些研究表明PD-1、TIM-3、LAG-3等抑制性受体可能是活动性肺结核的潜在生物标志物。随着结核病病理生理学及免疫学研究的不断进展，操纵免疫检查点途径来治疗肺结核的策略正在成为可能。

除了抑制性受体外，对于细胞因子在肺结核中T细胞耗竭方面的研究也在不断深入。研究发现[28]，给予IL-2治疗结核分枝杆菌感染引起T细胞耗竭的小鼠，可以恢复小鼠体内抗原特异性T细胞反应并改善T细胞功能。细胞型选择性工程IL-2产品的开发成为近年来的研究热点，它可以同时在体内选择性地刺激调节性T细胞（Treg）和效应性T细胞（Teff），从而逆转T细胞耗竭，提高患者的免疫应答。

3.1.2 T细胞耗竭与新型冠状病毒感染

T细胞耗竭也在新型冠状病毒感染患者中被发现[29]。新型冠状病毒感染患者外周血中总T细胞、CD4+T细胞和CD8+T细胞的数量明显减少，T细胞数量与血清中IL-6、IL-10和TNF-α的浓度呈负相关，并且新型冠状病毒感染患者的T细胞耗竭标志物PD-1水平显著升高。T细胞上PD-1和TIM-3的表达在患者从前驱症状进展到明显症状期时也明显增加。另有研究[6]发现，除了PD-1、TIM-3外，其他T细胞耗竭相关分子标志物如LAG-3、CTLA-4、BTLA和CD223等在新型冠状病毒感染患者中的表达也上调。这些研究预示着与T细胞耗竭相关的抑制性受体可以作为新型冠状病毒感染良好预后的标志物，并且成为其可能的治疗靶点，为新型冠状病毒感染药物的开发提供新的思路。

3.2 T细胞耗竭与肺癌

活化的T细胞是抑制癌细胞生长的关键分子，它可以通过TCR识别主要组织相容性复合体分子递呈的多肽而启动抑制癌细胞的过程。PD-1主要表达于活化的T细胞，在与配体PD-L1和PD-L2结合后，PD-1被蛋白酪氨酸激酶磷酸化，导致酪氨酸磷酸酶Shp2的募集和随后的CD28去磷酸化，这反过来又抑制TCR/CD28信号和随后的T细胞激活信号，从而抑制T细胞活化。在肿瘤微环境中，受到肿瘤抗原的持续刺激后，T细胞出现耗竭，PD-1的表达上调且具有一定的组织层次结构，即肿瘤>正常组织>外周血，同时Tex中PD-1的表达水平与效应功能的受损程度相关。除了PD-1以外，其他抑制性受体在肿瘤免疫中的作用也在逐步被探索和发现。T细胞免疫球蛋白和ITIM结构域蛋白（TIGIT）是一种主要表达于自然杀伤细胞、CD8+T细胞、CD4+T细胞和调节性T细胞上的抑制性受体，TIGIT与CD155结合后可以募集含有SH2的肌醇磷酸酶1(SHIP-1），从而抑制NF-κB和ERK通路的激活，导致CD8+T细胞功能的下调，减少细胞因子的产生[30]。因此，阻断这些抑制性受体的抗体，可以抑制T细胞耗竭的负调节通路，在很大程度上挽救这些Tex的功能，从而抑制肿瘤的发生发展。

肺癌是中国乃至全世界癌症死亡的首要原因[31]。尽管目前已经有手术切除、放射治疗、化学治疗等多种治疗方法，但总体疗效仍然有限，因此，仍然迫切需要更多的毒性更小、疗效更好、副作用更少的临床治疗方法。目前，FDA已经批准了几种针对PD-1或PD-L1的免疫检查点抑制剂用于治疗晚期非小细胞肺癌，但其在临床实践中的疗效仍然有限，并且在对小鼠模型的研究中发现，使用PD-1阻断剂后，Tex的表观遗传状态仍只有轻微改变。因此，为实现对肿瘤的长期免疫控制，在使用单一抑制性受体阻滞剂的同时，还可以添加其他类型的抑制性受体阻滞剂或免疫制剂[32,33]。例如，有研究[34]表明TIGIT与抗PD-1/PD-L1联合治疗非小细胞肺癌具有良好的抗肿瘤活性，并且联合用药的效果优于单用抗PD-1/PD-L1的效果。另有研究[35]发现CD200R在非小细胞肺癌的肿瘤浸润T细胞中高表达，并与多个免疫检查点分子高度共表达（PD-1、CTLA-4等），同时靶向CD200R和其他免疫检查点可能是恢复T细胞活性的一种有效治疗方式。武阳等[36]通过临床研究发现既往免疫治疗不耐受的晚期非小细胞肺癌患者在接受安罗替尼联合PD-1单抗治疗后获益较大。因此多种免疫抑制剂的联合使用正在成为肺癌治疗的新趋势。

除了PD-1阻断剂等几种已经被批准的靶向治疗药物，越来越多与肿瘤T细胞耗竭相关的治疗靶点正在被揭示和探究。ITAHASHI等[37]通过综合测序分析显示BATF是肿瘤微环境中T细胞分化的重要调节因子，它可以通过激活相关基因的表达来调节T细胞的分化，从而导致T细胞在肿瘤微环境中具有稳定性。在基础研究[38]中发现，下调BATF的表达可以抑制乳腺癌细胞的增殖、迁移和侵袭。BATF的缺失使得T细胞具有更好的抗衰竭能力和良好的肿瘤根除效果[39]。但其是否干预肺癌细胞的增殖等仍需要进一步的研究证明。在临床研究中已发现BATF的高表达与肺癌的不良预后相关，T细胞缺乏BATF时可以显著抑制肿瘤的生长[37]。TREFNY等[40]研究发现在TCR/CD28刺激下，CD8+T细胞中分拣连接蛋白9(SNX9）的缺失减少了NFATc2介导的T细胞信号传导，降低了TOX的表达，SNX9基因敲除可以增强IFN-γ的分泌，因此靶向SNX9是防止T细胞耗竭和增强抗肿瘤免疫的策略之一。这些研究为肺癌新的靶向治疗药物的开发奠定了基础。

考虑到抗肿瘤免疫的复杂性，丰富肺癌患者的免疫储备库，明确其免疫特性变得尤为重要，这有助于实现晚期肺癌的个体化治疗。目前，仍需要进行更多的肺癌相关回顾或前瞻性调查，来验证免疫检查点抑制剂的治疗效果和探索新的生物标记物，最终实现肺癌的可持续控制。

3.3 T细胞耗竭与慢性气道炎症性疾病

3.3.1 T细胞耗竭与支气管哮喘

支气管哮喘是一种以慢性气道炎症、黏液过度分泌、气道重塑以及气道狭窄为特征的异质性疾病，其核心机制是气道的慢性炎症。CD8+T细胞在支气管哮喘的发生发展中扮演着重要角色，它参与分化细胞毒性T细胞、调节性T细胞等，进一步分泌IFN-γ、IL-4、IL-5和IL-13等细胞因子，从而调节相关免疫反应。CD8+T细胞对哮喘具有双面影响，一方面可能导致哮喘的急性加重；另一方面也会抑制哮喘的免疫反应和炎症，但具体机制仍不明确。研究[41]表明，在卵清蛋白诱导的小鼠哮喘模型中，S100A4通过上调线粒体代谢导致乙酰辅酶a水平降低，引起CD8+T细胞功能障碍，损害其效应基因（尤其是IFN-γ）的转录，从而导致哮喘疾病的进展。如前文所述，转录因子NFAT也可以促进活化的CD8+T细胞耗竭，是T细胞耗竭的关键因子之一。NFAT与Ca N结合后去磷酸化，从而进入细胞核内，参与T细胞的活化，发挥细胞免疫功能。已有研究表明，NFAT与过敏性气道炎症相关，T细胞中的NFAT表达的下调可以导致CD4+T细胞分泌较少的抗原特异性Th2抗体和IL-4[42]。在小鼠哮喘模型中也发现，哮喘组小鼠气道周围及肺组织中NFAT2的表达量较普通组明显升高。目前的研究说明，NFAT与CD4+T细胞介导的慢性气道炎症相关，但是CD8+T细胞耗竭是否影响支气管哮喘的发生发展及具体的影响机制还有待进一步研究。

3.3.2 T细胞耗竭与慢性阻塞性肺疾病（COPD)

在对COPD的研究中发现，COPD患者的巨噬细胞、树突状细胞以及抗原提呈细胞中PD-L1的表达减少。使用PD-1抑制剂后，肺癌合并COPD患者的PD-1/PD-L1轴可能会受到进一步抑制，从而导致呼吸道炎症的发生以及疾病的进展。但最新的研究[43]表明，肺癌合并COPD的患者经过PD-1/PD-L1抑制剂治疗后，肺功能得到改善，并且发现与肺癌不伴有COPD的患者相比，伴有COPD的患者CD8+T细胞中PD-1和TIM-3的表达增强，即COPD的严重程度与CD8+T细胞耗竭程度呈正相关。因此，COPD患者可能存在由抑制性受体介导的T细胞耗竭，这为COPD机制及治疗的研究提供了新的方向。

4、展望

近年来，在呼吸系统疾病方面，T细胞耗竭逐渐成为慢性感染和肿瘤免疫相关研究的热点之一。目前，PD-1、CTLA-4等多种抑制性受体被发现与T细胞耗竭相关，但仍需寻找新的生物标志物来评估T细胞功能和耗竭状态，探究T细胞耗竭相关的信号通路可以为未来的免疫治疗提供理论基础。同时，随着对T细胞耗竭研究的不断深入，越来越多的相关免疫治疗被应用于临床，其中多种免疫抑制剂相结合的联合免疫疗法正在成为新的治疗模式。联合使用抑制性受体阻滞剂的优势正在逐步显现，这提示阻断不同抑制性受体的时机和顺序可能会影响治疗的效果，值得进一步研究。然而，目前关于支气管哮喘、COPD等慢性气道炎症性疾病中是否存在T细胞耗竭现象仍然未知，揭示其具体的发生机制可能为临床免疫靶向治疗的开发及应用提供新的思路。

参考文献:

[23]刘勋.结核抗原持续刺激致T细胞耗竭实验研究及亚单位疫苗LT70-DPC的研发[D].兰州:兰州大学,2016.

[36]武阳,陆翰杰,水会锋.既往免疫经治的晚期非小细胞肺癌患者接受安罗替尼联合PD-1单抗的疗效及安全性[J].实用医学杂志,2023,39(5):572-578.

基金资助:江苏省社会发展项目(编号:BE2020651); 江苏省第五期“333”高层次人才项目(编号:BRA2020015); 常州市科技项目(编号:CE20205023);

文章来源:丁紫琪,张倩.T细胞耗竭与呼吸系统疾病关系的研究进展[J].实用医学杂志,2024,40(13):1895-1900.