细胞外囊泡在适应性免疫中的作用及临床应用
摘要
关键词
细胞外囊泡;适应性免疫;治疗潜力
正文
适应性免疫反应经过数亿年的进化,具备高度特异性和持久性,能有效消除体内的病原体威胁,主要包括T细胞介导的细胞免疫和B细胞介导的体液免疫。越来越多的研究表明,细胞外囊泡(extracellular vesicles,EV)在免疫系统中发挥着不可或缺的作用。EV是一种脂质双层膜结合的囊泡,由几乎所有类型的细胞释放并在体液中循环,携带多种功能组分,如核酸、蛋白质和脂质,这些组分可通过EV转移至受体细胞,介导细胞间通讯。由于其独特的作用机制,EV的研究集中于其作为药物递送载体和靶向治疗的潜力。因此,本综述将描述EV在适应性免疫调节中的最新研究进展,并总结其在新冠肺炎、抗肿瘤、溃疡和肠炎治疗中的潜力。
1. 细胞外囊泡在适应性免疫中的作用
细胞外囊泡在适应性免疫中发挥着至关重要的作用,在此我们分别从EVS在T细胞和B细胞发育中的作用,向淋巴细胞提呈抗原,以及由淋巴细胞形成的免疫突触三方面介绍了细胞外囊泡在适应性免疫中的作用机制。
1.1 淋巴细胞发育
EV在T细胞发育中起关键作用。胸腺上皮细胞释放的EV可携带组织限制性抗原至胸腺树突状细胞(thymic conventional dendritic cells, cDCs),通过抗原递呈诱导自身抗原特异性T细胞的阴性选择,从而清除自体反应性T细胞。此外,胸腺上皮细胞来源的EV还能通过携带与胸腺成熟和出口相关的蛋白(如SGPL1、GDIR1、DOCK2和PAK2)促进单阳性(CD4+或CD8+)胸腺细胞的成熟。
在B细胞发育中,未成熟骨髓B细胞在抗体介导的CD24结合后释放CD24+质膜来源的EV。Ayre等人观察到EV介导的CD24在B细胞间的明显交换,提示EV可能影响B细胞分化。Phan等人进一步用抗IgM或交联抗体刺激小鼠B细胞,诱导其产生携带功能性BCR和CD24的EV,并转移至受体B细胞。重要的是,这些EV携带的功能性受体可使受体细胞对新抗原产生反应,并提高其对CD24介导的凋亡的敏感性。然而,这种EV介导的功能性受体转移在体内B细胞发育和激活过程中具有时空限制,仅有小部分(5%-20%)B细胞通过该机制获得新的BCR。
1.2 抗原提呈
EV在适应性免疫中的重要作用及其抗原呈递能力的发现具有里程碑意义。1996年首次发现,B细胞来源的EV可携带功能性pMHC复合物并直接向T细胞呈递抗原。当EV与DC结合时,成熟的DC将大部分获得性EV保留在表面,实现抗原呈递效能的显著增强。同样水平的T细胞活化时,所需的DC附着的EV数量比游离EV少近100倍,这揭示了APC的MHC交叉修饰的生物学意义。此外,保留在异源DC表面的外源性EV携带的pMHC无需Ag加工即可直接呈递给同源T细胞,显示出在低水平可溶性Ags的条件下,交叉修饰呈递比交叉呈递更为有效。未成熟DC也可高效内化和处理EV,以间接提呈抗原。
近期,EV在交叉提呈中的应用引起了广泛关注。交叉提呈可通过MHC I类分子将外源抗原呈递至CD8+T细胞,在抗病毒、抗肿瘤及疫苗诱导的免疫应答中发挥关键作用。cDCs通过分泌携带pMHC-I复合物的EV成功激活幼稚CD8+T细胞。此外,供体和受体DC间可形成突触并进行囊泡转移,这种独特的交叉递呈方式可激活肿瘤特异性CD8+T细胞。迁移性DC离开肿瘤微环境至淋巴结后释放的pMHC-I类EV通过突触转移至驻留的DC,这被认为是淋巴组织驻留DC向CD8+T细胞呈递抗原的主要机制。数据显示,虽然pDC自身难以有效激活CD8+T细胞,但pDC来源的EV可将抗原转移至cDC1细胞,从而激活幼稚的CD8+T细胞。目前尚不明确pDC来源的EV是通过交叉修饰或经由摄取与加工提呈的方式支持CDC的抗原呈递。
此外,中等大小的血小板衍生EV也可作为完整抗原呈递单位,不仅携带pMHC I复合体和共刺激分子(如CD40L、CD40、OX40L),还含有功能性的20S蛋白酶体,支持抗原提呈所需的多肽生成。在实验中,血小板EV的蛋白酶体可处理外源抗原,将生成的多肽加载至MHC I分子上,诱导抗原特异性CD8+T细胞增殖。是否还有其他EV表面相关酶(如基质金属蛋白酶)参与抗原的细胞外处理尚待进一步研究。
1.3 免疫突触
外泌体(EVs)在淋巴细胞与抗原提呈细胞(APC)之间的免疫突触中发挥关键作用。需要特别注意的是,这些免疫突触中的EVs应与CD8+T细胞衍生的非EV杀伤颗粒(包裹于血栓反应蛋白1外壳)区分开来,这类颗粒同样存在于免疫突触中。
María Mittelbrunn等人的研究发现,免疫突触能驱动T细胞来源的多泡体(MVB)衍生EVs及其携带的miRNA从T细胞向APC的单向传递。此后,有研究表明在免疫突触中观察到抗原诱导的T细胞质膜来源EVs萌芽,其表面富集T细胞受体(TCR)。此外,这些EVs中含有分类肿瘤易感基因101(TSG101),表明免疫突触在EV中调控TCR的分类和释放,这些EVs通过与APC上的同源pMHC结合实现跨细胞信号传递。近期数据显示,TCR信号诱导的跨突触EV比常规释放的EVs含有更高水平的免疫效应物(如TCR、CD40L、RNA结合蛋白和miRNAs[1]。
此外,T细胞表面微绒毛在T细胞-APC接触界面中起到筛选或附着功能。最新研究表明,这些微绒毛通过吞噬作用生成富含TCR的EV,称为T细胞微绒毛衍生颗粒(TMPs)。TMPs通过接触和黏附依赖方式释放,作用于相互接触的细胞表面。CD4+T细胞来源的TMPs富含TCR复合物、共刺激分子(如CD2、CD28)及细胞因子(如IL-33、IL-4、IL-7等),调节DC的激活。值得注意的是,TMPs引起的DC激活不依赖于MHC。
B细胞同样可通过免疫突触与T细胞交互,形成T细胞EVs携带的miRNA(如miR-20a-5p、miR-25-3p、miR-155-3p)向B细胞转移,导致PTEN和BIM的基因沉默,这对于B细胞在生发中心的反应至关重要。此外,B细胞还通过突触与滤泡树突状细胞(FDC)结合,捕获和处理抗原。在此过程中,B细胞释放的pMHC II类分子通过EV转移到FDC,进一步增强抗原特异性T细胞的共刺激和生发中心B细胞分化[2]。
2. 细胞外囊泡的临床应用价值
2.1 细胞外囊泡在新冠肺炎治疗中的潜在应用
血管紧张素转换酶2是细胞表面的关键受体,与SARS-CoV-2的刺突蛋白直接相互作用。基于此,利用EVs抑制该相互作用成为治疗SARS-CoV-2感染的潜在策略。初步研究表明,静脉注射MSC-EVs对新冠重症患者具有显著效果。Sengupta等人对24例接受羟氯喹和阿奇霉素治疗的重症患者注射骨髓间充质干细胞EVs,发现5天内炎症标志物和中性粒细胞显著下降,淋巴细胞和CD8+ T细胞显著上升,D-二聚体降低。目前未见不良事件,显示MSC-EVs的安全性和有效性。但关于给药时机、剂量和途径仍需进一步研究。
2.2 细胞外囊泡在抗肿瘤中的潜在应用
表达嵌合抗原受体(CAR)的基因工程T细胞正迅速成为治疗血液和实体瘤的有效疗法。近年来,CAR-T细胞衍生的EVs因其高水平穿孔素和颗粒酶B,可识别CAR特异性肿瘤抗原并诱导肿瘤细胞死亡,引起广泛关注。与CAR-T细胞不同,这些EVs小巧且易于穿过生物屏障,因此可有效渗透实体瘤。此外,CAR-T衍生的EVs不表达PD1,不受PDL1疗法影响,增强了抗肿瘤活性。最近研究还设计出携带表面抗体和免疫检查点调节剂的多功能EVs,可激活并引导T细胞杀伤肿瘤。这些进展表明,EV工程为开发针对多种病理情况的复杂免疫疗法提供了巨大潜力。
3. 结语
EV作为免疫调节的重要工具,在生物标记和治疗应用方面展现出巨大潜力。基因工程可使细胞生成携带靶向或治疗分子的EV,进一步的化学修饰与药物装载则拓宽了其生物医学应用前景。临床研究表明,EV有望成为新一代免疫疗法。尽管大量临床前数据支持其积极效果,但人类临床试验结果尚未公布。本文综述了EV在免疫系统中的关键进展,展望未来在EV相关发现及新型生物标记和治疗平台开发中的更多突破。
参考文献
[1] Céspedes PF, Jainarayanan A, Fernández-Messina L, et al. T-cell trans-synaptic vesicles are distinct and carry greater effector content than constitutive extracellular vesicles. Nat Commun. 2022. 13(1): 3460.
[2] Buzas EI. The roles of extracellular vesicles in the immune system. Nat Rev Immunol. 2023. 23(4): 236-250.
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