卞修武/董晨合作组发现调控T细胞功能障碍的重要因子
T细胞在慢性病毒感染，肿瘤环境中会产生功能障碍（T cell dysfunction），丧失清除感染病原以及肿瘤细胞的能力。另一方面，当T细胞在遭遇自身抗原时行使功能也会发生障碍，对自身抗原不应答，以避免自身免疫反应的发生。
T细胞是通过活化发挥效应或者调控功能，而产生功能性障碍变得耐受（tolerance）、无能（anergy）以及耗竭（exhaustion）是受到免疫应答过程中正向的共刺激信号和负向的共抑制信号所调控的。当负向的共抑制信号占主导时，T细胞就会发生功能性障碍。目前，调控T细胞功能障碍的具体分子机制尚未明确。
2019年2月28日，第三军医大学西南医院病理科卞修武院士和刘新东教授团队以及清华大学董晨教授团队的研究人员在Nature上发表了题为Genome-wide analysis identifies NR4A1 as a key mediator of T cell dysfunction的文章，揭示了功能性障碍的T细胞不同于效应性和调控性T细胞的表观遗传学修饰以及基因表达特征，并发现转录因子NR4A1是诱导T细胞功能障碍发生过程中必不可少的调控因子，该研究成果提示NR4A1可以成为逆转T细胞功能性障碍，在肿瘤以及慢性感染过程中增强T细胞功能的潜在治疗靶点。
在2006年董晨团队的一篇报道中指出，T细胞体外活化过程中如果缺失共刺激分子CD28和ICOS（Inducible costimulator）传递的共刺激信号，T细胞将进入耐受状态（tolerance），导致T细胞无能（anergy）并且不能进入活化及分化的效应程序。在这篇报道中，研究者建立了一个体外T细胞耐受诱导的体系：用缺失B7.1（CD80），B7.2（CD28的配体）和B7h（ICOS的配体）的抗原提呈细胞提呈抗原给OT-Ⅱ细胞（ovalbumin transgenic mice T cell，鸡卵清蛋白转基因小鼠T细胞），OT-Ⅱ细胞无法接收到共刺激信号并且在强烈的共抑制信号的作用下效应功能受到阻碍，变成耐受性的T细胞（Ttol）【1】。
在本篇报道中，研究者利用该系统诱导Ttol细胞，并对这些细胞进行了全基因组的转录组和表观遗传学的检测分析。发现与其它T细胞亚群，包括naïve T, Th1, Th2, Th17, iTreg and nTreg细胞相比，Ttol细胞无论在基因表达谱还是表观遗传修饰等方面都有显著的改变。
在这些改变中，研究者发现转录因子NR4A1在Ttol细胞中特异性表达上调。NR4A1 (Nur77)是类固醇甲状腺受体家族中孤核受体NR4A亚家族中的一员，该亚家族中的另外两个成员是NR4A2 (Nurr1)和NR4A3 (nor1)【2】。NR4A1最初被认为是由一种生长因子诱导基因编码的，可以被多种生长因子和丝裂原诱导表达。NR4A1经常在多种癌症细胞中过度表达，包括肺癌、前列腺癌、乳腺癌和结肠癌，被认为其代表介导癌细胞生长的生存信号【3】。而在免疫细胞中，NR4A1的功能则正好相反，被认为与T淋巴细胞和B淋巴细胞程序性死亡有关【4,5】。在T细胞中，NR4A1能够被T细胞抗原受体信号迅速诱导，显性失活的NR4A1抑制T细胞发育中的克隆清除，提示NR4A1及其家族成员在胸腺细胞阴性选择中发挥作用【6】。而在这篇文章中，研究者希望进一步探究NR4A1在T细胞诱导耐受，以及T细胞功能障碍产生的过程中是如何发挥作用的。
研究者首先证明了T细胞的耐受形成需要NR4A1的参与。NR4A1在Ttol细胞中稳定地高表达，并且过表达NR4A1能够抑制CD4T细胞中与分化，存活以及发挥效应功能相关基因的表达，但却促进维持耐受相关基因的表达。NR4A1的缺失则会导致T细胞耐受形成受阻，同时加强了T 细胞效应因子IL-2和IFN-γ的产生。研究者还证明了NR4A1对于T细胞耐受的形成作用是T细胞内源性的，并非通过影响调节性T细胞来维持免疫耐受。最后研究者利用了T细胞转输诱导自身免疫性肠炎的模型，发现NR4A1缺失的T细胞转输会导致更多效应性T细胞的浸润，从而引发更加严重的自身免疫性肠炎。充分证明了NR4A1对于调控T细胞耐受的形成是至关重要的。
接下来，在肿瘤发生和慢性感染模型中，研究者证明了NR4A1的缺失能够防止T细胞耗竭的发生。在肿瘤模型中，NR4A1缺失的肿瘤浸润T细胞耗竭性标志PD-1和TIM-3的表达均有显著下降，并且其控制肿瘤细胞生长的能力显著增强。转输NR4A1缺失的肿瘤抗原特异性的T细胞比转输正常的肿瘤抗原特异性的T细胞能够更有效地控制肿瘤的生长，减小肿瘤块的体积。同样地，在慢性病毒感染模型中，研究者发现，NR4A1缺失同样会导致感染过程中耗竭T细胞比例的减少，同时增强了病毒抗原特异性的T细胞效应因子的分泌及其增殖。进一步证明了NR4A1的缺失能够促进T细胞的效应作用，而阻止T细胞功能障碍的发生。
最后，研究者对NR4A1调控T细胞耐受的分子机制进行了进一步的探索。通过ChIP-seq，研究者发现NR4A1与c-Jun（转录因子AP-1的亚基）的结合位点有很大重叠。在正常的NF-AT信号转导背景下，如果阻止NF-AT与AP-1 (Fos/Jun)相互作用，则NFAT能够诱导T细胞耐受【7】。而NR4A1则通过结合到AP-1的结合位点来阻止AP-1与NF-AT的共同转录，从而诱导T细胞耐受。研究者发现NR4A1通过与AP-1的拮抗以及通过增强H3K27ac修饰直接影响了T细胞转录的改变，调控T细胞的耐受。
值得注意的是，在同一期的Nature杂志上，美国科学院院士Anjana Rao教授背靠背发表了一篇题为NR4A transcription factors limit CAR T cell function in solid tumours的文章同样证明了NR4A家族成员在导致T细胞低反应性的细胞程序调控中发挥关键作用，同时指出抑制NR4A将会成为非常有前景的肿瘤免疫治疗策略。
表达嵌合肿瘤抗原受体的T细胞（CAR T细胞）在恶性B细胞淋巴瘤的治疗中有很好的临床疗效。但是在实体瘤中，由于持续的抗原刺激以及肿瘤微环境的影响，肿瘤浸润的T细胞包括CAR T细胞会进入耗竭状态，上调免疫抑制性受体，丧失效应功能。
为了探讨CAR T细胞在实体瘤中的免疫状态和功能，Anjana Rao教授的研究团队建立了表达人CD19分子的癌细胞系荷瘤小鼠的肿瘤模型，并且转输与人CD19分子表达的癌细胞有应答的CART细胞进行肿瘤治疗。发现处于高度耗竭状态的肿瘤浸润的CART细胞（PD-1hiTIM3hi CAR TILs）与内源性CD8T细胞（Endogenous PD-1hiTIM3hi TILs）均高表达NR4A家族成员，并且NR4A家族成员的表达与PD-1和TIM3这些耗竭分子的表达成正相关。同时，在该研究中发现，与转输正常CART细胞相比，转输NR4A家族成员缺失的CART细胞，荷瘤小鼠的肿瘤消退更加明显，其生存期也明显延长。充分说明了NR4A家族成员在CART细胞抗肿瘤效应功能中的重要作用。
而在NR4A家族成员参与T细胞功能调控的分子机制方面，Anjana Rao教授团队也提出了相同的分子调控途径，并特别指出作为转录因子，NR4A家族成员通过影响NFAT-NR4A这个信号轴调控了一系列的与T细胞免疫抑制相关的受体表达。如果抑制了NR4A家族成员的功能则会影响受其调控的一系列的T细胞上的免疫抑制受体的功能。在肿瘤浸润T细胞中抑制NR4A家族成员相当于进行了多个免疫检验点的联合治疗，对多个免疫抑制受体进行阻断，从而阻止T细胞的耗竭，使其能够更好地活化，发挥抗肿瘤的效应功能。
参考文献
1 Nurieva, R. et al. T-cell tolerance or function is determined by combinatorial costimulatory signals. The EMBO journal 25, 2623-2633, doi:10.1038/sj.emboj.7601146 (2006).
2 Martinez-Gonzalez, J. & Badimon, L. The NR4A subfamily of nuclear receptors: new early genes regulated by growth factors in vascular cells. Cardiovascular research 65, 609-618, doi:10.1016/j.cardiores.2004.10.002 (2005).
3 Li, Q. X., Ke, N., Sundaram, R. & Wong-Staal, F. NR4A1, 2, 3--an orphan nuclear hormone receptor family involved in cell apoptosis and carcinogenesis. Histology and histopathology 21, 533-540, doi:10.14670/HH-21.533 (2006).
4 Rajpal, A. et al. Transcriptional activation of known and novel apoptotic pathways by Nur77 orphan steroid receptor. The EMBO journal 22, 6526-6536, doi:10.1093/emboj/cdg620 (2003).
5 Lee, J. M., Lee, K. H., Weidner, M., Osborne, B. A. & Hayward, S. D. Epstein-Barr virus EBNA2 blocks Nur77 -mediated apoptosis. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 99, 11878-11883, doi:10.1073/pnas.182552499 (2002).
6 Zhou, T. et al. Inhibition of Nur77/Nurr1 leads to inefficient clonal deletion of self-reactive T cells. The Journal of experimental medicine 183, 1879-1892 (1996).
7 Macian, F. et al. Transcriptional mechanisms underlying lymphocyte tolerance. Cell 109, 719-731 (2002).
