在病原體感染身體后，免疫系統(tǒng)會(huì)發(fā)生一系列顯著的且非常復(fù)雜的事件。一些稱為淋巴細(xì)胞的免疫細(xì)胞遷移到感染部位；其他的免疫細(xì)胞遷移到抗體能夠開始產(chǎn)生的淋巴結(jié)區(qū)域。通過細(xì)胞間接觸和信號(hào)分子釋放，大量的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)在免疫細(xì)胞中發(fā)生著。這些免疫反應(yīng)的目標(biāo)是破壞病原體和修復(fù)組織損傷。

在免疫反應(yīng)期間，許多免疫細(xì)胞經(jīng)歷成熟而變成功能增強(qiáng)的細(xì)胞，從而使得它們能夠以特定方式對(duì)特定類型的病原體作出反應(yīng)。這被稱為“效應(yīng)細(xì)胞分化（effector cell differentiation）”。

對(duì)一種稱為濾泡輔助性T細(xì)胞（T follicular helper cell, Tfh）的免疫細(xì)胞而言，了解這種效應(yīng)細(xì)胞分化機(jī)制可能是產(chǎn)生更好疫苗、幫助臨床醫(yī)生抵抗難以消滅的病毒、細(xì)菌或多細(xì)胞病原體和理解如何抑制自身免疫疾病的關(guān)鍵。

在一項(xiàng)新的研究中，來自美國(guó)阿拉巴馬大學(xué)伯明翰分校、哈森阿爾法生物技術(shù)研究所、麻省總醫(yī)院、哈佛醫(yī)學(xué)院和辛辛那提兒童醫(yī)院的研究人員詳細(xì)介紹了一種為產(chǎn)生兩種主要的效應(yīng)細(xì)胞亞群--- Tfh細(xì)胞和非Tfh細(xì)胞---的命運(yùn)決定作好準(zhǔn)備的機(jī)制。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2018年9月14日的Science期刊上，論文標(biāo)題為“Differential IL-2 expression defines developmental fates of follicular versus nonfollicular helper T cells”。

圖片來自Science, doi:10.1126/science.aao2933。

這兩種類型的細(xì)胞均由在淋巴結(jié)中表達(dá)表面標(biāo)志物CD4的初始T細(xì)胞（naïve T cell）發(fā)育而來。當(dāng)激活信號(hào)指出體內(nèi)其他部位遭受感染時(shí)，這些初始T細(xì)胞經(jīng)誘導(dǎo)后發(fā)育成Tfh細(xì)胞或三種類型的非Tfh細(xì)胞---Th1、Th2或Th17細(xì)胞---之一。

Tfh細(xì)胞遷移到淋巴結(jié)的B細(xì)胞區(qū)，在那里它們與B細(xì)胞相互作用以產(chǎn)生生發(fā)中心；在生發(fā)中心，B細(xì)胞產(chǎn)生并釋放特異性靶向病原體的高親和力抗體。抗體生產(chǎn)是適應(yīng)性免疫的一個(gè)重要部分，而且僅在感染幾天后開始，或者有時(shí)在延遲數(shù)周后開始。

另一方面，非Tfh細(xì)胞遷移到非淋巴組織中的病原體入侵位點(diǎn)，在那里它們協(xié)調(diào)適應(yīng)性免疫的另一個(gè)重要部分---先天性免疫細(xì)胞的功能增強(qiáng)。

在效應(yīng)細(xì)胞分化的早期事件期間，已知一部分活化的CD4+ T細(xì)胞開始產(chǎn)生細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)因子IL-2。但是科學(xué)家們沒有任何標(biāo)志物來區(qū)分哪些活化的CD4+ T細(xì)胞產(chǎn)生IL-2，而且也無法區(qū)分哪些活化的CD4+ T細(xì)胞會(huì)變成Tfh細(xì)胞，哪些活化的CD4+ T細(xì)胞會(huì)變成非Tfh細(xì)胞。

當(dāng)阿拉巴馬大學(xué)伯明翰分校Casey Weaver實(shí)驗(yàn)室的研究成員對(duì)IL-2報(bào)告小鼠進(jìn)行基因改造時(shí)，情形發(fā)生了變化。這些小鼠具有一個(gè)與IL-2基因連接在一起的綠色熒光蛋白（GFP）編碼基因。一旦活化的CD4+ T細(xì)胞開始產(chǎn)生IL-2，那么當(dāng)暴露于藍(lán)光時(shí)，它們就會(huì)發(fā)生綠光。這允許將產(chǎn)生IL-2的CD4+ T細(xì)胞和不產(chǎn)生IL-2的CD4+ T細(xì)胞自動(dòng)分選為兩組不同的細(xì)胞群體。在這些報(bào)告小鼠發(fā)育成熟之前，Tfh和非Tfh細(xì)胞能夠在遭受激活化僅兩到三天后就可加以區(qū)分。

通過這些報(bào)告小鼠，論文共同第一作者、阿拉巴馬大學(xué)伯明翰分校博士后研究員Colleen Winstead 博士和論文共同第一作者、阿拉巴馬大學(xué)伯明翰分校醫(yī)學(xué)科學(xué)家教育項(xiàng)目博士生Daniel DiToro就能夠區(qū)分產(chǎn)生IL-2的CD4+ T細(xì)胞和不產(chǎn)生IL-2的CD4+ T細(xì)胞，并在遭受活化后數(shù)小時(shí)內(nèi)對(duì)它們進(jìn)行分選。

對(duì)每組經(jīng)過分選的CD4+ T細(xì)胞進(jìn)行測(cè)試表明它們誘導(dǎo)一系列不同的基因表達(dá)。產(chǎn)生IL-2的CD4+ T細(xì)胞誘導(dǎo)已知在Tfh細(xì)胞發(fā)育和功能中發(fā)揮重要作用的基因表達(dá)。相反，不產(chǎn)生IL-2的CD4+ T細(xì)胞誘導(dǎo)非Tfh效應(yīng)細(xì)胞分化特征性的基因表達(dá)。這提示著產(chǎn)生IL-2的CD4+ T細(xì)胞命中注定變成Tfh細(xì)胞，不產(chǎn)生IL-2的CD4+ T細(xì)胞命中注定變成非Tfh效應(yīng)細(xì)胞。即使在經(jīng)過活化的T細(xì)胞開始細(xì)胞分裂開始之前，這種命運(yùn)決定似乎在數(shù)小時(shí)內(nèi)就被確定。

DiToro、Winstead及其來自阿拉巴馬大學(xué)伯明翰分校、哈森阿爾法生物技術(shù)研究所、麻省總醫(yī)院、哈佛醫(yī)學(xué)院和辛辛那提兒童醫(yī)院的同事們利用Weaver實(shí)驗(yàn)室通過基因改造產(chǎn)生的第二種報(bào)告鼠來證實(shí)這種命運(yùn)決定。

第二個(gè)報(bào)告基因也與IL-2基因連接在一起，在產(chǎn)生IL-2的CD4+ T細(xì)胞表面上產(chǎn)生一種細(xì)胞表面標(biāo)志物。當(dāng)利用針對(duì)這種細(xì)胞表面標(biāo)志物的抗體選擇性地移除產(chǎn)生IL-2的CD4+ T細(xì)胞時(shí)，沒有Tfh細(xì)胞產(chǎn)生，因而僅留下非Tfh細(xì)胞。

在Weaver的領(lǐng)導(dǎo)下，這些研究人員還進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)，從而揭示出控制CD4+ T細(xì)胞在早期分化為Tfh和非Tfh效應(yīng)細(xì)胞的機(jī)制。

他們證實(shí)Tfh細(xì)胞所占的百分比與用于活化初始CD4+ T細(xì)胞的抗原數(shù)量相關(guān)，并且這種百分比也與抗原結(jié)合到這些初始CD4+ T細(xì)胞的抗原受體上的強(qiáng)度相關(guān)。IL-2的產(chǎn)生僅限于接受最強(qiáng)T細(xì)胞受體信號(hào)的初始CD4+ T細(xì)胞。

DiToro說，“因此，這取決于活化強(qiáng)度和信號(hào)強(qiáng)度。在了解了Tfh細(xì)胞的發(fā)育過程后，如今我們能夠操縱這些強(qiáng)大的細(xì)胞，以便促使B細(xì)胞產(chǎn)生高親和力抗體。”

這些研究人員還發(fā)現(xiàn)，由命中注定變成Tfh細(xì)胞的CD4+ T細(xì)胞產(chǎn)生的IL-2 通過上調(diào)IL-2受體的一個(gè)高親和組分而作用于不產(chǎn)生IL-2的CD4+ T細(xì)胞，這接著誘導(dǎo)分化為非Tfh效應(yīng)細(xì)胞所需的基因表達(dá)。因此，IL-2以旁分泌的方式發(fā)揮作用，這意味著IL-2以類似激素的方式作用于分泌它的細(xì)胞附近的其他細(xì)胞。產(chǎn)生IL-2的CD4+ T細(xì)胞影響著它們附近的不產(chǎn)生IL-2的CD4+ T細(xì)胞。

在產(chǎn)生IL-2的CD4+ T細(xì)胞中上調(diào)表達(dá)的基因之一是Bcl6，它對(duì)Tfh細(xì)胞發(fā)育很重要。這三種類型的非Tfh細(xì)胞（即Th1、Th2和Th17細(xì)胞）的發(fā)育與Tfh細(xì)胞發(fā)育同時(shí)發(fā)生，因此這些研究人員也觀察了它們的命運(yùn)決定。輔助性T細(xì)胞在適應(yīng)性免疫中起著重要的作用，有助于抑制或調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)。這三種類型的非Tfh細(xì)胞對(duì)三種不同的病原體群體作出反應(yīng)： Th1細(xì)胞對(duì)胞內(nèi)單細(xì)胞病原體、病毒病原體或細(xì)菌病原體作出反應(yīng); Th2細(xì)胞對(duì)蠕蟲等多細(xì)胞生物作出反應(yīng)；Th17細(xì)胞對(duì)大腸桿菌等胞外單細(xì)胞病原體作出反應(yīng)。

這些研究人員在旨在促進(jìn)Th1、Th2或Th17細(xì)胞發(fā)育的條件下活化初始CD4+ T細(xì)胞。他們發(fā)現(xiàn)IL-2的產(chǎn)生和Bcl6在這些非Tfh條件下相互反映。他們隨后使用多種體內(nèi)炎癥模型來證實(shí)產(chǎn)生IL-2的CD4+ T細(xì)胞都發(fā)育成Tfh而與炎癥模型無關(guān)。

這讓這些研究人員對(duì)另一種稱為記憶細(xì)胞的效應(yīng)性T細(xì)胞細(xì)胞（T effector cell）亞群進(jìn)行了預(yù)測(cè)。記憶T細(xì)胞是之前對(duì)病原體感染作出反應(yīng)的長(zhǎng)壽細(xì)胞；它們隨后能夠在再次遭受相同病原體感染后快速地增殖，從而產(chǎn)生更快更強(qiáng)的免疫反應(yīng)。這些研究人員預(yù)測(cè)，不產(chǎn)生IL-2的CD4+ T細(xì)胞命中注定成為效應(yīng)性記憶T細(xì)胞（effector memory T cell），而產(chǎn)生IL-2的CD4+ T細(xì)胞命中注定成為中樞記憶T細(xì)胞（central memory T cell）。中樞記憶T細(xì)胞主要存在于淋巴結(jié)中；效應(yīng)性記憶T細(xì)胞缺乏歸巢到淋巴結(jié)中的能力，它們停留在外周血和組織中。

這些研究人員在結(jié)論中寫道，“IL-2作為這些不同效應(yīng)程序的細(xì)胞早期標(biāo)志物的用途已在這項(xiàng)研究中得到確立。我們建議這應(yīng)當(dāng)為開發(fā)出于治療目的調(diào)節(jié)治療效應(yīng)性T細(xì)胞反應(yīng)平衡的策略提供依據(jù)。”

參考資料：Daniel DiToro1,*, Colleen J. Winstead1,*,†, Duy Pham et al. Differential IL-2 expression defines developmental fates of follicular versus nonfollicular helper T cells. Science, 14 Sep 2018, 361(6407):eaao2933, doi:10.1126/science.aao2933.

原標(biāo)題：Science：重磅！揭示T細(xì)胞命運(yùn)決定機(jī)制