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？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α-链和β-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，CD3γ、CD3δ和CD3ε异源二聚体以及CD3ζ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，CD3γ、CD3δ和CD3ε分别含有一个，而CD3ζ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
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
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ZAP70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-κB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-κB信号传导使REL和NF-κB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、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
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CD3ζ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PLCγ1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。

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TCR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。

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。

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