Immunity | 端粒不稳，T细胞“早衰”：癌症免疫治疗的新靶点

摘要：肿瘤微环境（TME）是一个极具挑战性的“战场”，在抗原持续存在以及存在代谢障碍（如低氧张力）的环境中，T细胞会逐渐失去功能，进入耗竭状态，但促使T细胞功能失调并导致终末耗竭T细胞积累的生物学机制仍不完全清楚。越来越多的研究表明，氧化应激在T细胞功能障碍中扮演关

撰文 | Qi

肿瘤微环境（TME）是一个极具挑战性的“战场”，在抗原持续存在以及存在代谢障碍（如低氧张力）的环境中，T细胞会逐渐失去功能，进入耗竭状态，但促使T细胞功能失调并导致终末耗竭T细胞积累的生物学机制仍不完全清楚。越来越多的研究表明，氧化应激在T细胞功能障碍中扮演关键角色，尤其是线粒体功能异常导致的活性氧（ROS）积累，已被证实能通过影响NFAT信号通路和表观遗传状态，促进T细胞衰竭【1, 2】，但ROS是否直接损伤T细胞的DNA，比如端粒呢？由于端粒是染色体末端的“保护帽”，其富含鸟嘌呤（G-rich）的序列极易受到氧化损伤。以往在衰老和慢性病毒感染中观察到端粒缩短与T细胞功能下降相关【3】，但在肿瘤浸润T细胞（TILs）中，端粒的状态和功能影响尚不明确。

近日，来自美国匹兹堡大学的Greg M. Delgoffe团队在Immunity杂志上发表了文章Oxidative-stress-induced telomere instability drives T cell dysfunction in cancer，他们通过化学光遗传学工具，在T细胞中实现线粒体或端粒特异性ROS诱导，并揭示端粒损伤而非缩短是驱动T细胞功能障碍的关键机制。更重要的是，该团队还开发了一种端粒靶向的抗氧化策略（端粒靶向的抗氧化酶GPX1-TRF1），显著增强T细胞功能与抗肿瘤疗效。

该团队利用荧光激活肽（FAP）系统，构建了可在T细胞中特异性表达在线粒体上的光敏蛋白（MitoFAP）。当与染料MG-2I结合并经660nm光激发后，可在线粒体局部产生单线态氧，模拟TME中的氧化应激。MitoFAP+T细胞经光激发后，线粒体ROS显著上升，膜电位下降，氧消耗率（OCR）降低，伴随T细胞增殖受阻，抑制性受体（PD-1、Tim-3）表达上升，细胞因子（IFN-γ、TNF-α、IL-2）分泌减少，T细胞呈现终末分化和衰老表型（CD39上调、CD27下调）。随后，该团队通过端粒荧光原位杂交（Telo-FISH）技术分析处于中期的染色体，来探究氧化应激对端粒完整性的影响，观察到在ROS诱导后，DNA损伤应答蛋白（γ-H2AX、53BP1）在端粒处显著聚集，但端粒并未显示出任何丢失或缩短的情况，提示复制压力导致的端粒不稳定。

随后，该团队从小鼠B16和MC38肿瘤模型中分选T细胞，相比脾脏T细胞，肿瘤中的T细胞（尤其是终末耗竭型Texh）端粒处γ-H2AX和53BP1显著增多，且在人的黑色素瘤和头颈癌样本中，肿瘤CD8+T细胞也显示更高水平的端粒损伤，强调了肿瘤浸润性CD8+ T细胞中出现端粒损伤的保守性。

接下来，该团队构建了端粒靶向的FAP系统（TRF1-FAP），可在端粒处特异性产生ROS。诱导后，T细胞增殖受阻，耗竭标志物上升，衰老相关蛋白p21和β-gal表达增加，而细胞因子分泌能力下降，杀伤功能减弱。RNA-seq分析进一步显示，p53通路、细胞周期调控、DNA修复通路激活，而糖代谢和TCR相关基因下调。基于上述发现，他们设计了端粒靶向的抗氧化融合蛋白GPX1-TRF1，将其导入治疗性T细胞（如Pmel-1或CAR-T）中。在肿瘤中，GPX1-TRF1+T细胞的端粒损伤显著减少，细胞因子分泌能力增强，抗肿瘤效果提升，且转录组分析显示线粒体功能、DNA修复相关基因富集，耗竭相关基因（如SOX4）下调。

综上，这项工作证明端粒氧化损伤而非端粒缩短是T细胞功能障碍的直接驱动因素，而端粒靶向抗氧化策略具有显著的治疗潜力，有望应用于CAR-T、TIL疗法等领域，尤其针对实体瘤治疗中的T细胞功能障碍问题。

制版人：十一

参考文献

1. Ford, B.R., Vignali, P.D.A., Rittenhouse, N.L., Scharping, N.E., Peralta, R., Lontos, K., Frisch, A.T., Delgoffe, G.M., and Poholek, A.C. (2022). Tumor microenvironmental signals reshape chromatin landscapes to limit the functional potential of exhausted T cells.Sci. Immunol.7, eabj9123. https://doi.org/10.1126/sciimmunol.abj9123.

2. Vignali, P.D.A., DePeaux, K., Watson, M.J., Ye, C., Ford, B.R., Lontos, K., McGaa, N.K., Scharping, N.E., Menk, A.V., Robson, S.C., et al. (2023). Hypoxia drives CD39-dependent suppressor function in exhausted T cells to limit antitumor immunity.Nat. Immunol.24, 267–279. https:// doi.org/10.1038/s41590-022-01379-9.

3. Scharping, N.E., Rivadeneira, D.B., Menk, A.V., Vignali, P.D.A., Ford, B.R., Rittenhouse, N.L., Peralta, R., Wang, Y., Wang, Y., DePeaux, K., et al. (2021). Mitochondrial stress induced by continuous stimulation under hypoxia rapidly drives T cell exhaustion.Nat. Immunol.22, 205–215. https:// doi.org/10.1038/s41590-020-00834-9.

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