《科学》：颠覆认知！科学家首次发现，杀伤性T细胞在识别癌细胞后，通过丢掉活化的TCR结束战斗，以获得连杀技能丨科学大发现

*仅供医学专业人士阅读参考

T细胞已经被发现60余年了，然而仍有很多谜团笼罩着T细胞。

我们都知道，细胞毒性T细胞是通过表面的T细胞受体（TCR）识别并杀死癌细胞，而且T细胞还是个连环杀手，可以连续击杀多个癌细胞。

然而，在上述击杀过程中，有个问题困扰着科学家：T细胞究竟是如何暂停杀伤信号并与被诛杀的癌细胞分离，进而实现Double kill、Triple kill……，甚至aced的。

一直以来，科学家都没有搞清楚背后的原因，直到不久前剑桥大学Gillian M. Griffiths团队将高分辨率电子显微镜对准了T细胞和癌细胞的接触位点——免疫突触[1]。

Griffiths团队基于三维重建技术追踪了TCR在免疫突触形成过程中的命运，并发现TCR被激活之后，会导致免疫突触处的T细胞膜快速特化，形成携带着活化TCR的外囊泡，脱离T细胞，被癌细胞吞噬。随着外囊泡的脱落并被癌细胞吞噬，细胞毒性T细胞得以与癌细胞分离，从而使T细胞具备连续杀伤的能力。

由于在此之前，有科学家认为T细胞表面TCR的减少是因为内吞和随后的降解导致的；因此，可以说Griffiths团队的这一发现又刷新了我们对T细胞的认知。相关研究成果发表在顶级期刊《科学》上。

论文首页截图

连续击杀癌细胞是细胞毒性T细胞抗癌的关键能力。

这一过程看似简单，实际上暗藏玄机。因为，连杀涉及到识别、击杀、分离，再识别、再击杀、再分离等一系列循环的复杂过程，每一步都需要T细胞的精准控制。

在细胞毒性T细胞的表面，TCR（包括α链和β链）与CD3（包括γ、δ、ε和ξ四部分）组成TCR-CD3复合体，共同负责抗原的识别和信号的传递。

TCR-CD3复合体及信号传递

Griffiths团队首先用抗坏血酸过氧化物酶（APEX）标记了CD3ξ，将被标记的细胞毒性T细胞与靶细胞（EL4，小鼠淋巴瘤细胞）共培养，然后用电子显微镜（EM）进行断层扫描成像。

从下图不难看出，CD3ξ-APEX主要聚集在T细胞（灰色）与癌细胞（蓝色）接触的部位。

CD3ξ-APEX成像结果

重建断层图的结果显示，在细胞毒性T细胞与癌细胞相接触的位置，CD3ξ-APEX（下图绿色）在细胞毒性T细胞膜（下图洋红色）上占据了一个长达2μm、宽大于1μm的区域，这个区域刚好与显微镜观察到的TCR簇相对应。实际上，观察到的这个包含TCR的结构有个名字，叫“中央超分子活化簇（cSMACs）”[2]。

虽然从成像结果上可以看到CD3ξ-APEX与凝集素包被的内陷和进入细胞毒性T细胞内部的小管有关，但是大多数CD3ξ-APEX存在于直径为37至210nm的外囊泡中，而且这些外囊泡从CD3ξ-APEX标记的cSMAC边缘向外萌发。定量分析结果证实，包含CD3ξ的囊泡98%是外囊泡，这一结果直观地表明，免疫突触中TCR的减少是通过外泌而非内吞调节的。

可以非常明显地看出，携带TCR的外囊泡被释放

值得注意的是，定量分析还发现，随着时间的推移，包含CD3ξ的外囊泡增加，T细胞膜上的CD3ξ减少了，这表明TCR区域面积的减少是外泌作用的结果。

三维断层扫描和传统的电镜扫描也显示，在细胞毒性T细胞分泌外囊泡的地方，T细胞和癌细胞之间的接触变得不紧密了，甚至是出现了清晰可见的分离。

分泌外囊泡的地方明显发生了分离

Griffiths和他的同事认为，以上研究结果表明，包含TCR的外囊泡的脱落，既能将TCR从免疫突触中移除，又能启动细胞毒性T细胞与癌细胞之间的分离。

在上述成像研究的基础上，Griffiths团队还发现，细胞毒性T细胞分泌的包含TCR的外囊泡最终实际上是进入了靶细胞。而且，活化的TCR一旦脱离T细胞，T细胞中的激活信号传递也就随之终止了。

也就是说，T细胞通过外泌的形式释放TCR，不仅能帮助T细胞摆脱靶细胞的束缚，让其继续杀敌；还能终止T细胞内部的激活信号，防止其处于过度活化的状态。

至于包含TCR外泌体的分泌机制，Griffiths团队也做了探讨。原来，TCR的活化会产生甘油二酯（DAG），这个DAG带来的负膜曲率会启动DAG组成的外囊泡将TCR分泌到T细胞外。

Griffiths团队推测的外囊泡分泌机制

一直以来，很多研究发现T细胞的TCR在被激活之后就会减少，虽然TCR的内吞和随后的降解一直被认为是TCR下调的关键机制[3]，但Griffiths团队的研究表明，在免疫突触中并非如此，活化的TCR实际上是通过外泌作用被排出了T细胞。

总的来说，这个具有颠覆性的研究成果丰富了我们对细胞毒性T细胞作用机制的理解。通过外泌活化的TCR，细胞毒性T细胞可以终止细胞信号传导，并脱离当前目标；让其具备杀死下一个靶细胞且不会伤及无辜的能力。在这个研究的基础上，目前基于T细胞的抗癌疗法，或许可以做进一步的改进升级。

参考文献：

[1].Stinchcombe JC, Asano Y, Kaufman CJG, et al. Ectocytosis renders T cell receptor signaling self-limiting at the immune synapse. Science. 2023;380(6647):818-823. doi:10.1126/science.abp8933

[2].Monks CR, Freiberg BA, Kupfer H, Sciaky N, Kupfer A. Three-dimensional segregation of supramolecular activation clusters in T cells. Nature. 1998;395(6697):82-86. doi:10.1038/25764

[3].Alcover A, Alarcón B, Di Bartolo V. Cell Biology of T Cell Receptor Expression and Regulation. Annu Rev Immunol. 2018;36:103-125. doi:10.1146/annurev-immunol-042617-053429

本文作者丨BioTalker