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在Shimon Sakaguchi、Mary E. Brunkow、Fred Ramsdell的开创性发现之前,免疫学界普遍认为免疫系统的自我耐受主要依赖中枢耐受机制:胸腺会筛除识别自身抗原的 T 细胞,从而防止自身免疫。然而,这一机制无法解释为何部分自反应性 T 细胞仍存在于外周组织却不引发疾病。调节性T细胞和 Foxp3 基因的发现,正是填补了这一知识空白,揭示了外周免疫耐受的关键机制。
关键突破之一:识别调节性T细胞(Tregs)
Shimon Sakaguchi长期致力于解析免疫调控机制。他将早期描述的 CD5+/CD45RBlow T 细胞进一步分离,依据表面标记物细化亚群。1995 年,他和同事发现 CD4+ T 细胞中表达 CD25(IL-2受体α链)的亚群 具备免疫调控功能。
在实验中,将去除 CD25+ 细胞的 CD4+ T 细胞注入胸腺缺失的 Balb/c-nu小鼠,会导致多器官自身免疫病,包括甲状腺炎、胃炎、胰岛炎、肾上腺炎及多关节炎。相反,如果在注射 CD4+CD25- 细胞后短时间内补充 CD4+CD25+ T 细胞,则可阻止自身免疫的发生。
这一发现首次提供了直接证据,证明 CD4+CD25+ T 细胞是维持免疫自我耐受的核心亚群。随后,Ethan Shevach 实验室及其他团队也证实了这一发现。此后,“调节性T细胞(Treg)”这一术语才在科学界广泛接受,并成为免疫学研究的重要概念。
调节性T细胞主要来源于胸腺,并可通过表面标记 CTLA-4 辨识。此外,调节性T细胞能够通过以下机制抑制常规T细胞:
• 细胞间接触依赖的抑制
• 分泌抑制性细胞因子(如 IL-10、IL-35、TGF-β)
• 消耗 IL-2,限制其他T细胞增殖
关键突破之二:scurfy 小鼠与 FOXP3 基因
20 世纪 40 年代,田纳西奥克里奇国家实验室的科学家在研究辐射对小鼠的影响时,发现一种自发突变的小鼠品系——scurfy。该品系雄性小鼠表现出严重多系统自身免疫病,而雌性小鼠受影响较轻,提示突变位于 X 染色体。
1990s,美国 Bothell 的 Celltech Chiroscience 公司研究员 Mary Brunkow 和 Fred Ramsdell 对 scurfy 小鼠展开研究。他们利用定位克隆(positional cloning)技术,将候选区域缩小至 X 染色体约 50 万碱基,并最终定位到含有约 20 个基因的区域。通过逐一测序,最终发现一个 两碱基插入导致框移和提前终止的突变基因,未在当时的数据库中记录。因其与其他 forkhead/winged-helix 家族基因同源,他们将其命名为 Foxp3(Forkhead box P3)。
图:Mary E. Brunkow和Fred Ramsdell为鉴定小鼠 scurfy 病变中缺陷基因而开展的定位作图项目的示意图概览
为了验证 Foxp3 突变是 scurfy 表型的致病原因,Mary E. Brunkow 和 Fred Ramsdell 进行了系列遗传救援实验:生成携带野生型 Foxp3 基因的转基因小鼠,并与 scurfy 小鼠交配,结果显示野生型 Foxp3 可以拯救雄性 scurfy 小鼠免于疾病。这一实验直接证明 Foxp3 基因在调节性T细胞发育与免疫自我耐受中的关键作用。
随后,他们将研究扩展到人类罕见遗传疾病 IPEX(免疫失调、多内分泌障碍、肠病,X连锁)综合征。通过与世界各地临床团队合作,他们发现 IPEX 患者的 FOXP3 基因突变导致严重自身免疫性疾病,为 Treg 研究提供了人类遗传学验证。
临床中调节性T细胞的应用前景
调节性T细胞(Tregs)具有巨大临床潜力,但其治疗应用仍在早期阶段。当前,科学家正在探索多种策略调控 Tregs 活性,以治疗自身免疫病、过敏反应以及降低器官移植排斥风险;同时,也在尝试通过清除或抑制肿瘤浸润的 Tregs 来增强抗肿瘤免疫。
图:用于疾病治疗的Treg的干预策略
截至目前,已有 200 多项临床试验涉及 Tregs,研究目标包括哮喘、炎症性肠病、皮肤疾病,以及器官移植和癌症的治疗。主要策略包括:
1. 体外扩增多克隆 Tregs:例如通过 IL-2 刺激扩增后回输患者体内,提高免疫耐受性。
2. 嵌合抗原受体调节性 T 细胞( CAR-Tregs):将 Tregs 工程化,使其表达靶向抗体结构域,可在特定组织部位定向抑制炎症。
3. T 细胞受体 Tregs(TCR-Tregs):工程化 Tregs 表达针对已知致病表位的特异性 TCR,例如乳糜泻的病原表位,从而精准调控免疫反应。
4. 体内扩增 Tregs:通过低剂量 IL-2 或 IL-2 受体激动剂(如 Rezpegaldesleukin)促进 Tregs 增殖。临床研究显示,这一方法在中重度特异性皮炎患者中有效。
5. 靶向肿瘤浸润 Tregs:发现肿瘤浸润 Tregs 表达 CCR8 后,开发单克隆抗体以选择性清除肿瘤相关 Tregs,目前相关临床试验正在进行。
此外,研究者还在探索 Tregs 与耐受性抗原呈递细胞在维持对共生微生物免疫耐受中的作用。这些策略不仅为自身免疫病和过敏疾病的治疗提供了新途径,也为癌症免疫疗法和器官移植的免疫管理开辟了广阔前景。
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