2022年免疫学研究热点回眸 – 科技导报（近期免疫学研究热点）

全球科学家在新冠病毒疫情的巨大挑战中从未停止免疫学研究的步伐，2022年免疫学仍然取得了长足进展。概述了2022年免疫学研究的热点及进展，包括T细胞记忆、干性及耗竭分化的深入探究、新的免疫检查点和免疫细胞亚群的发现、通过神经内分泌及代谢途径调控免疫以及免疫治疗新策略的探索。

回顾历史发展长河，人类文明的发展都伴随着与疾病的不断抗争。“免疫”是人体极其重要的系统，几乎人体内所有的疾病都与免疫息息相关。对免疫细胞的研究对于疾病机制、预防、进展、诊断和治疗方法均具有重要意义。近年来，免疫学的重要性不断凸显，通过与其他学科不断交叉渗透，从基础研究到临床转化出现了一系列创新性和革命性的突破，出现了很多令科学界兴奋的新热点，如中国的吸入式新冠疫苗入选英国《卫报》发布的2022年度十大科学进展。回顾2022年，在科学家锲而不舍的努力下，除了疗法的更新迭代之外，治疗方案也在积极拓新，通过将不同疗法的优点相结合，更高效精准地治疗免疫相关性疾病。本文对免疫学领域在2022年取得的突破进行回顾性分析和总结。

T细胞耗竭的新机制和新靶点被发现

T细胞耗竭是导致肿瘤免疫逃逸的重要因素。尽管PD-1单抗疗法在临床上取得了一定成功，然而仍然面临着总体治疗效率偏低的难题。因此，探究T细胞耗竭新机制、寻找新的细胞亚群、开发新治疗靶点是近些年的研究热点。在过去的一年里，利用高通量CRISPR/Cas9文库筛选及单细胞测序等技术，研究者们发现了多种新的导致T细胞耗竭的机制和关键靶点。中国科学院动物研究所团队在《Cancer Cell》上发表研究成果，发现BATF是影响T细胞耗竭的关键分子，敲除CAR-T细胞的BATF能够有效抑制T细胞耗竭以及促进中央记忆性T细胞的形成，从而增强CAR-T治疗的有效性及持久性。美国麻省理工学院和哈佛大学共同创立的布罗德研究所在《Nature Immunology》上发表文章，发现肿瘤细胞上过强的IFN-γ信号是导致免疫抑制的关键，其一方面上调肿瘤细胞MHC-I分子抑制NK细胞活性，另一方面诱导Qa-1b表达抑制T细胞功能，揭示了肿瘤细胞免疫逃逸的新机制。笔者课题组前期的研究也证实了IFN-γ能够通过诱导肿瘤细胞休眠逃避免疫攻击。2022年6月，美国St. Jude Children's Research Hospital研究团队在《Nature》上发表论文，证实cBAF复合体与T细胞的体内长期存活和记忆形成负相关，抑制cBAF复合体能够诱导T细胞的记忆分化，并显著提高CAR-T的疗效。2022年7月，斯坦福大学医学院团队在《Cancer Cell》上发表文章，利用CRISPR基因筛选技术发现一系列染色质重塑因子如Arid1a调控T细胞耗竭，敲除Arid1a能够减少染色体上cBAF复合体的表达水平，促进抗肿瘤T细胞在体内的长期存活。大量的研究也逐渐证实记忆性T细胞对于持久性的抗肿瘤免疫应答至关重要。2022年10月，第三军医大学叶丽林团队在《Cell》上发表文章，发现肿瘤引流淋巴结中存在一群肿瘤特异性记忆T细胞。利用淋巴结手术切除以及细胞过继治疗等方法，证实这群T细胞才是机体内真正响应免疫检查点治疗的细胞群体。尽管T细胞耗竭导致其在对抗病毒感染和肿瘤中功能减弱，而处于耗竭状态的自身反应性T细胞有助于自身免疫病的控制。2022年5月，美国匹兹堡大学医学院团队在《Nature Immunology》上发表文章，发现1型糖尿病小鼠胰岛内自身反应T细胞具有典型的耗竭T细胞的特征，而LAG3是维持自身反应性T细胞耗竭的关键因子。LAG3缺陷增强T细胞的效应功能，加速糖尿病的进展。随着研究的不断深入，相信T细胞耗竭分化的机制将会逐渐被解析清楚，更多新的细胞亚群被发现，更高效的靶点药物被开发应用，使更多的免疫相关疾病患者能够从免疫治疗中获益。

基于干性样免疫细胞群体的治疗新策略逐渐呈现

从免疫检查点治疗在临床上获得成功以来，科学家们一直在探究T细胞如何长期维持其细胞毒杀伤作用，以及在异质性的耗竭T细胞群体中到底何种T细胞能对免疫检查点治疗产生良好响应。2019年，不同的科学团队相继发现T细胞中存在着能对PD-1抗体产生更好响应的细胞亚群，其生物学特征类似于干细胞，被称之为干性样T细胞。通过IL-2的定向改造可以维持更多的干性样T细胞，其数量以及自我更新能力直接决定了免疫检查点治疗的抗肿瘤效果。早在2012年，通过构建IL-2受体β链的超强激动剂H9即可在不依赖IL-2受体α链的情况下激活T细胞。2021年，美国Leonard团队在《Nature》上发表文章，通过基因工程改造获取IL-2信号的部分激动剂H9T（将H9中的126号谷氨酰胺突变为苏氨酸），其可明显促进T细胞的干性，与完全的IL-2信号相比，H9T可以持续维持转录因子TCF1的表达。2022年9月，2篇关于IL-2信号和PD-1抗体阻断治疗方面的研究成果在《Nature》上同期发表。瑞士罗氏创新中心的Umaña团队通过生物工程构建一类同时激活IL-2（IL-2受体βγ链）并阻断PD-1的融合蛋白，命名为PD1-IL2v，能有效增强单一给药方式的抗肿瘤疗效，然而单独的IL-2受体激活剂FAP-IL2v并不能产生明显的效果。这一工程化融合蛋白能有效地在同一T细胞上达到封闭PD-1和激活T细胞IL-2信号的效果，促进T细胞干性，进而提升抗肿瘤免疫疗效，而PD-1抗体联合FAP-IL2v并不能增强PD-1封闭的疗效，展现了PD1-IL2v在同一T细胞上双重靶向相关信号的精妙之处。2022年10月，美国埃默里大学Ahmed团队也在经典的慢性病毒感染诱导的T细胞耗竭模型中，发现IL-2联合PD-1抗体能有效抑制T细胞耗竭，维持T细胞干性，这也为基于T细胞的免疫治疗提供了强有力的佐证。笔者团队2021年发表在《Nature Immunology》上的研究发现，虽然IL-2信号为T细胞活化所必须，但大剂量IL-2反而会诱发T细胞耗竭，这与T细胞色氨酸代谢和芳香烃受体AhR激活介导的高强度持续的STAT5信号相关。综上所述，适度的IL-2信号活化以及免疫检查点封闭会维持T细胞干性，产生更高效的T细胞抗肿瘤免疫，现代基因工程的手段可以将二者进行融合，并且系统的量化IL-2和PD-1的信号将精准调控T细胞功能，维持其干性，期待在临床治疗中这一方向能取得突破。然而，在另一项研究中，美国纪念斯隆-凯特琳癌症中心Schietinger团队发表在2022年2月《Nature》上的研究发现，在胰腺的引流淋巴结中也存在一群干性样自身反应性T细胞，通过单细胞测序和相关生物信息学分析发现，这一群体也高表达TCF1，其在对胰岛细胞的攻击中发挥重要作用，是I型糖尿病发病的主要促发因素。除去获得性免疫细胞，天然免疫细胞同样能通过代谢调节调控细胞表型进而发挥重要的机体防御功能。在分枝杆菌的感染模型中，剑桥大学Ramakrishnan团队发现巨噬细胞的mTOR信号可以更好地维持其线粒体功能，有效降低分支杆菌的毒力，通过遗传学和免疫学相关评估发现，mTOR信号在降低分枝杆菌毒力决定因子ESAT-6介导的线粒体损伤和细胞凋亡方面起着重要作用，提示免疫细胞在遭遇细菌感染时通过代谢功能的调节和适应来提升对机体的保护，相关研究论文于2022年9月发表在《Cell》杂志。上述多项研究表明，不同的免疫细胞通过代谢和功能调节，会分化出功能更加强大的干细胞样的亚细胞群体来发挥免疫作用，但在肿瘤、感染以及自身免疫性疾病中，这些细胞群体可能发挥着截然相反的作用，对机体来说是一把双刃剑。

神经内分泌/代谢对免疫细胞调控的新机制被发现

神经、内分泌、免疫系统间的相互调控，已成为深入研究机体生理与病理状态的重要切入点。神经内分泌系统对免疫的调控机制和治疗靶点也不断被发现。2022年2月，《Neuron》报道了神经系统可感知病原微生物感染，上调神经肽NPY基因表达，精细调控机体免疫应答反应的新机制，揭示了神经源性NPY/F是介导神经系统和免疫系统交流的一种古老的神经免疫系统串扰语言，可用于缓解感染期间的炎症风暴并调节自身免疫性疾病中的免疫平衡。这可能为在病原体感染和自身免疫性疾病期间调节炎症开辟了另一条途径。2022年3月，俄勒冈健康与科学大学Moran课题组与夏铮课题组联合在《Nature》发表文章，表明雄激素受体（androgen receptor，AR）阻断会直接增强T细胞功能，使肿瘤宿主对有效的检查点阻断敏感。抑制T细胞中的AR活性可防止T细胞耗竭，提升对PD-1靶向疗法的响应。2022年6月，来自美国Anderson肿瘤中心的研究团队在《Nature》发表的文章显示，发现黑色素瘤BRAF/MEK靶向治疗效果存在性别差异，且与AR有关。2022年9月，上海交通大学邓刘福团队在《Immunity》发表的文章证明肿瘤浸润性T细胞干性的维持是调控肿瘤免疫性别差异的关键因素，而内在的雄激素受体信号显著抑制干细胞样T细胞亚群的特征。与女性T细胞相比，男性T细胞表现出受损的效应功能和干细胞样特性。从机制上讲，雄性激素受体通过调节表观遗传和转录分化程序抑制了男性肿瘤浸润性T细胞的活性和干性。在人类中，与女性相比，更少的男性T细胞保持干细胞样记忆状态。2022年6月，天津医科大学总医院神经内科刘强课题组在《Cell》发表的文章显示，发现多发性硬化症（Multiple Sclerosis，MS）患者骨髓造血系统上游的造血干细胞发生活化，进而向髓系偏倚，造成下游单核细胞和中性粒细胞明显增加。使用谱系示踪技术发现骨髓新生的髓系细胞在骨髓和脑内扩增神经抗原特异性T细胞，加速脑和脊髓内脱髓鞘损伤。基于此，研究团队提出了“通过再平衡骨髓造血系统，回归免疫系统稳态，减轻神经系统炎症损伤”的新理论。2022年8月，《Science》上发表的文章报道了由脑垂体产生的α-黑素细胞刺激素（α-MSH）可以促进肿瘤诱导的髓系造血，髓系细胞扩增、免疫抑制和肿瘤生长，揭示了一种抑制肿瘤免疫的神经内分泌途径，筛选到新的应激受体MC5R，拮抗MC5R可以增强肿瘤免疫功能，具有潜在的抗肿瘤作用，同时在抗PD-1耐药的肿瘤中也有作用。

代谢物是免疫细胞表型和功能的重要调节因子。2022年2月，《Cancer Cell》发表的文章报道了Treg细胞通过MCT1在高糖酵解的肿瘤微环境中摄取乳酸，从而增强PD-1表达，该研究为开发以乳酸为靶点的癌症免疫疗法提供了新思路。2022年9月，《Science》发表的文章报道了IDH突变的肿瘤细胞通过释放代谢物D-2HG，削弱了肿瘤微环境中免疫细胞杀伤肿瘤细胞的能力。该研究揭示了恶性肿瘤免疫逃逸的新机制，提出清除D-2HG可以恢复T细胞的杀伤能力，为IDH突变肿瘤提供了潜在治疗方案。2022年4月，《Cell Metabolism》发表的文章表明，抑制GLUT3依赖性乙酰辅酶A的产生是一种减缓Th17细胞介导炎性疾病的有效代谢检查点。对免疫细胞中葡萄糖依赖性的代谢过程进行特异性阻断或能抑制机体过度的免疫反应，有望作为未来免疫细胞治疗性干预的新靶点。2022年11月，《Science Immunology》杂志发表的文章表明，产生IL-17的T细胞（TH17s）的氧化磷酸化对其代谢适应性至关重要。该代谢模式保护了TH17s免于细胞凋亡，增加存活的持久性，从而增强机体抗肿瘤能力。耶鲁大学Crawford和Flavell团队在《Nature》杂志发表的文章显示，含漆酶结构域1（LACCA1）能将L-瓜氨酸转化为L-鸟氨酸（L-Orn）和异氰酸，并作为促炎性一氧化氮合酶（NOS2）和多胺免疫代谢之间的桥梁。该研究解释了为什么LACCA1缺陷可能导致人类炎症性疾病，并表明L-Orn可以作为一种营养品来改善LACC1相关的免疫功能障碍，如关节炎或炎症性肠病。糖、脂代谢在产生能量的同时，不仅会形成有害的自由基，而且蛋白质的分解代谢会释放慢性细胞毒分子氨（）。2022年12月，笔者团队在《Nature Immunology》发表文章，揭示尿素循环代谢对于维持记忆性T细胞的发育和长期存活具有重要意义，从全新的代谢途径解释了T细胞记忆形成这一基本的免疫学问题，本项研究的发现提供了一种全新的T细胞抗肿瘤思路和转化手段。

随着研究的不断深入，神经内分泌/代谢对免疫细胞功能的调控为免疫相关疾病的治疗提供了新策略，这也是免疫学领域重要的研究方向之一。

T细胞改造新技术获突破

以CAR-T为代表过继性细胞治疗在癌症的治疗中显现出巨大的潜力。尽管如此，T细胞的工程化改造仍然面临着许多亟待解决的难题，包括复杂的制造工艺、生产成本高、准备时间长、细胞因子风暴以及脱靶效应等。如何更便捷制备出具有高效的靶向性、杀伤能力和长寿命的T细胞是T细胞过继治疗的一个重大课题。

CAR-T的制备是采用慢病毒将外源性基因整合到T细胞基因组中，然而慢病毒载体插入的随机性可能导致T细胞中基因突变或原癌基因的激活，增加肿瘤发生的风险。2022年8月，华东师范大学与浙江大学研究团队在《Nature》上发表文章，采用非病毒系统CRISPR/Cas9介导的同源定向修复（homology directed repair，HDR）来将CAR序列定点整合入T细胞基因组。利用电转染的方法将表达靶向CD19的CAR序列精确整合到T细胞基因组的PD-1基因位点（命名为PD1-19bbz），在构建出CAR-T的同时将T细胞PD-1基因破坏掉，进一步增强CAR-T的功能。通过小鼠体内实验证实PD1-19bbz比慢病毒改造的CAR-T具有更好的治疗效果。在随后开展的I期临床实验中，PD1-19bbz疗法也显示出良好的有效性和安全性。2022年11月，美国PACT医药公司（Personalized Adoptive Cell Therapy）和加州大学洛杉矶分校研究团队在《Nature》发表文章显示，利用电转染方法将CRISPR/Cas9系统转入T细胞内。该研究聚焦于个性化靶向治疗，通过大数据鉴定出患者的肿瘤新抗原，并以之为靶点构建出具有肿瘤新抗原特异性CAR-T，同时该研究将CAR序列的整合位点放在T细胞TCRA和TCRB基因位点，破坏T细胞原有的TCR。研究者在16名难治性实体癌患者（包括尿路上皮癌、黑色素瘤、非小细胞肺癌、头颈部鳞状细胞癌、结直肠癌、卵巢癌、激素受体阳性和三阴性乳腺癌和前列腺癌）的临床试验中观察到良好的安全性和有效性。上述两项研究均聚焦于T细胞的非病毒感染改造，利用CRISPR/Cas9系统将CAR精准整合于T细胞基因组中，同时还能够对T细胞自身基因如抑制性受体或原有TCR进行精准化破坏，为T细胞的过继治疗提供新方向。

随着合成生物学的进步，越来越多的模块化分子能够被设计整合进入T细胞，提升T细胞过继疗法的安全性和有效性。2022年12月，美国加州大学旧金山分校研究团队发表在《Science》上的研究利用13个信号基序的组合构建出包含约2300个合成共刺激结构域的CAR库，不同的组合驱动T细胞走向不同的命运。研究者鉴定发现将TRAFs和PLCγ1这2个非自然组合的基序共同导入T细胞能够有效增强T细胞的抗肿瘤功能。此外，美国波士顿大学研究团队在《Cancer Cell》上发表文章，开发了一种高性能的药物门控CAR系统。研究者将HCV生命周期中的关键蛋白酶NS3导入CAR-T细胞中，命名为VIPER CARs（多功能蛋白酶可调节CARs）。通过FDA批准的丙肝治疗药物随时调控CAR-T的活性，能够有效避免CAR-T的脱靶效应以及细胞因子风暴的发生。合成生物学的发展使T细胞的改造变得更加便捷和多样，为肿瘤免疫治疗的发展提供无限可能性。

除了应用于肿瘤的治疗，CAR-T细胞疗法在治疗难治性系统性红斑狼疮（SLE）方面也取得进展。2021年，德国埃尔朗根-纽伦堡大学发表在《NEJM》的研究报道，他们发现了CD19-CAR-T细胞治疗使一名20岁严重系统性红斑狼疮患者病情很快得到缓解，且没有明显副作用。2022年9月，该团队在《Nature Medicine》发表文章，报道了5例难治性系统性红斑狼疮患者经CAR-T细胞治疗后，病情得到显著改善，并且在随后长达17个月未出现复发。

结 论

免疫学研究始终围绕重大疾病的诊断、预防和治疗而发展，占据生命医学领域的重中之重。世界各国各地区持续开展免疫学前沿科学研究计划，以推动学科的快速发展。2020年，哈佛大学公共卫生学院和人类疫苗项目宣布人类免疫组学计划，旨在加速推动各种疾病的疫苗开发和治疗。2022年美国癌症登月计划重启，以推动未来25年内努力将癌症死亡率降低50%，免疫疗法在其中占据举足轻重的地位。在中国，免疫学的基础研究和应用研究都有前所未有的发展机遇。在国家基础研究发展规划中，免疫学领域的研究被作为基础科学前沿领域的重点方向，以免疫学为基础的生物科技公司也如雨后春笋，积极参与推动免疫学在疾病治疗中的应用发展。未来免疫学科还将启动更深一步的基础科学研究，包括免疫识别的结构基础与活化、免疫细胞发育与新型免疫细胞亚群功能、免疫记忆、免疫耗竭、免疫细胞的表观遗传调控、免疫代谢和新型细胞死亡等前沿研究；加强临床免疫相关疾病的研究，包括自身免疫性疾病、肿瘤免疫学疾病、生殖免疫学和神经内分泌免疫性疾病等；推动学科交叉融合研究及前沿免疫学技术开发。期待未来中国科学家在免疫学领域为世界科学进展奉献更多精彩亮点。

作者简介：黄波，中国医学科学院基础医学研究所，教授，研究方向为肿瘤免疫。

原文发表于《科技导报》2023年第1期，欢迎订阅查看。