肿瘤免疫治疗的耗竭性T细胞功能重塑策略

肿瘤免疫治疗的耗竭性T细胞功能重塑策略演讲人肿瘤免疫治疗的耗竭性T细胞功能重塑策略01耗竭性T细胞的生物学特征与形成机制：重塑的前提与基础02引言：肿瘤免疫治疗中的“双刃剑”与核心挑战03挑战与展望：迈向个体化、精准化的T细胞功能重塑04目录01肿瘤免疫治疗的耗竭性T细胞功能重塑策略02引言：肿瘤免疫治疗中的“双刃剑”与核心挑战引言：肿瘤免疫治疗中的“双刃剑”与核心挑战在肿瘤免疫治疗的发展历程中，T细胞作为机体抗肿瘤免疫的“主力军”，其功能的强弱直接决定了治疗疗效的成败。以PD-1/PD-L1抑制剂为代表的免疫检查点阻断（ICB）疗法通过解除T细胞表面的抑制性信号，重新激活了部分处于“失能”状态的T细胞，为晚期肿瘤患者带来了长期生存的希望。然而，临床实践与基础研究均揭示了一个严峻现实：在慢性抗原刺激与肿瘤微环境（TME）的持续压迫下，大量T细胞会逐渐进入一种“耗竭（exhaustion）”状态——这种状态并非简单的功能抑制，而是一种以渐进性功能丧失、表面抑制性受体异常高表达、代谢重编程和表观遗传稳定性改变为特征的“终末分化”状态。耗竭性T细胞（Tcellsexhaustion,TTE）的存在，成为限制ICB疗效持久性、导致治疗耐药的关键瓶颈。引言：肿瘤免疫治疗中的“双刃剑”与核心挑战作为一名长期深耕于肿瘤免疫治疗领域的研究者，我在实验室中曾目睹过这样的场景：同一份肿瘤样本中，部分T细胞在PD-1阻断后迅速恢复IFN-γ分泌能力，而另一些则“无动于衷”，其表面LAG-3、TIM-3等抑制性受体的表达甚至较治疗前进一步升高。这种“同质化”T细胞群体的“异质性”反应，深刻揭示了TTE形成的复杂性与功能重塑的艰巨性。近年来，随着单细胞测序、空间转录组学等技术的突破，我们对TTE的认知从“表型描述”深入到“机制解析”，功能重塑策略也从单一靶点阻断走向多维度协同干预。本文将结合当前研究进展与临床实践，系统阐述肿瘤免疫治疗中TTE的功能重塑策略，旨在为破解免疫治疗耐药难题提供思路与方向。03耗竭性T细胞的生物学特征与形成机制：重塑的前提与基础耗竭性T细胞的表型与功能特征TTE并非单一状态，而是以“功能梯度”存在连续谱系。根据耗竭程度可分为“前耗竭（pre-exhaustion）”“中间耗竭（intermediateexhaustion）”和“终末耗竭（terminalexhaustion）”三个阶段：1.前耗竭阶段：T细胞仍具备一定的增殖与效应功能，表面以PD-1、CD39等抑制性受体中低表达为特征，在抗原刺激下可短暂产生IFN-γ、TNF-α等细胞因子。此阶段T细胞多位于肿瘤组织边缘或淋巴结，是ICB治疗的主要应答群体。2.中间耗竭阶段：T细胞增殖能力显著下降，效应功能（如细胞毒性颗粒酶释放、靶细胞杀伤）减弱，表面抑制性受体（PD-1、TIM-3、LAG-3、TIGIT等）呈“高共表达”模式，同时伴随转录因子TOX、NR4A家族的持续激活。此阶段T细胞是TME中主要的“抗肿瘤效应细胞”，但其功能易受微环境抑制。耗竭性T细胞的表型与功能特征3.终末耗竭阶段：T细胞进入不可逆的功能丧失状态，效应基因（如IFNG、GZMB）沉默，抑制性受体表达进一步升高，且伴随凋亡倾向。此阶段T细胞多位于肿瘤实质深部，表观遗传修饰高度稳定，几乎无法被现有治疗策略重新激活。值得注意的是，TTE的表型具有高度组织特异性与肿瘤类型依赖性。例如，在黑色素瘤中，TTE以PD-1+TIM-3+双阳性为主；而在肝癌中，TIGIT+TTE的比例显著升高。这种异质性要求重塑策略必须“因瘤制宜”“因细胞制宜”。耗竭性T细胞形成的关键机制TTE的形成是慢性抗原刺激、TME抑制信号、代谢剥夺与表观遗传调控等多因素共同作用的结果，其核心机制可归纳为以下四方面：1.慢性抗原刺激与TCR信号异常：在肿瘤进展过程中，肿瘤抗原的持续存在导致T细胞TCR信号处于“慢性激活”状态，类似于病毒感染后的“抗原耗竭”。这种状态下，TCR信号通路分子（如ZAP70、PKCθ）磷酸化水平异常降低，而负调控分子（如CBL-b、DGKα）表达上调，导致T细胞无法有效启动下游效应通路，反而向耗竭方向分化。2.抑制性受体信号的持续激活：TME中高表达的PD-L1、Galectin-9、CD155等配体，与T细胞表面的PD-1、TIM-3、TIGIT等受体结合后，通过激活SHP-1/SHP-2磷酸酶、招募PP2A等磷酸酶，抑制TCR与CD28信号通路的协同作用，同时促进PI3K/AKT/mTOR信号通路抑制，导致T细胞代谢重编程与功能衰竭。耗竭性T细胞形成的关键机制3.代谢微环境的剥夺与重编程：TME中葡萄糖、氨基酸等关键营养物质匮乏，同时乳酸、腺苷、reactiveoxygenspecies（ROS）等抑制性代谢产物积累，迫使T细胞从“氧化磷酸化（OXPHOS）”依赖型向“糖酵解”倾斜。然而，TTE的糖酵解能力因己糖激酶2（HK2）、磷酸果糖激酶1（PFK1）等关键酶表达下调而受限，同时线粒体功能受损（如电子传递链复合物活性降低、mtDNA拷贝数减少），导致ATP生成不足，无法支持效应功能维持。4.表观遗传修饰的稳定化：TTE的形成伴随显著的表观遗传改变，包括DNA甲基化（如效应基因启动子区高甲基化）、组蛋白修饰（如H3K27me3沉积抑制效应基因转录，H3K4me3、H3K27ac激活耗竭相关基因）以及染色质可及性改变。转录因子TOX、NR4A1/2/3通过招募组蛋白乙酰转移酶（HATs）与去乙酰化酶（HDACs），维持耗竭相关基因的开放染色质状态，形成“耗竭记忆”，使T细胞难以恢复功能。耗竭性T细胞形成的关键机制三、耗竭性T细胞功能重塑的核心策略：从“解除抑制”到“全面赋能”基于对TTE特征的深入理解与形成机制的解析，当前功能重塑策略已从单一免疫检查点阻断，发展为“靶点阻断+代谢支持+表观遗传调控+微环境修饰+细胞治疗”的多维协同模式。以下将从五个维度系统阐述现有策略及其进展。免疫检查点阻断的优化与联合策略：打破“抑制性网络”免疫检查点阻断是重塑TTE功能的基础，但单一靶点阻断仅能逆转部分中间耗竭T细胞，且易因继发性耐药导致疗效受限。优化策略包括“新靶点发现”“联合阻断”与“靶向递送系统”三大方向：1.新型抑制性靶点的发现与阻断：除PD-1/PD-L1、CTLA-4外，近年研究发现TIM-3、LAG-3、TIGIT、VISTA等靶点在TTE中高表达，且与ICB疗效耐药密切相关。例如，TIM-3通过与Galectin-9结合，诱导T细胞凋亡并抑制IFN-γ分泌；抗TIM-3抗体（如cobolimab）在联合PD-1抑制剂时，可显著改善黑色素瘤、非小细胞肺癌（NSCLC）患者的客观缓解率（ORR）。免疫检查点阻断的优化与联合策略：打破“抑制性网络”LAG-3通过与MHCII类分子结合，抑制T细胞活化与增殖，抗LAG-3抗体（relatlimab）联合nivolumab已获FDA批准用于治疗晚期黑色素瘤，成为首个“PD-1+LAG-3”双抗组合。TIGIT则通过竞争性结合CD155，阻断NK细胞与T细胞的激活，其抗体（tiragolumab）联合阿替利珠单抗在SCLC中显示出潜在疗效，尽管III期试验未达主要终点，但仍为联合策略提供了重要启示。2.“1+1>2”的联合阻断策略：针对TTE中抑制性受体的“共表达”特征，联合阻断多个靶点可从不同维度解除抑制，但需警惕叠加毒性。例如，PD-1+TIM-3联合阻断在肝癌临床前模型中可逆转40%的终末耗竭T细胞，而PD-1+TIGIT联合则在结直肠癌中显示出微环境改善效应（如调节性T细胞比例下降）。此外，免疫检查点抑制剂与靶向共刺激分子的联合（如PD-1+ICOS、PD-1+4-1BB）可通过“踩油门+踩刹车”双管齐下，增强T细胞活化与存活。免疫检查点阻断的优化与联合策略：打破“抑制性网络”3.靶向递送系统的优化：全身性给药导致的脱靶毒性与药物浓度不足是限制疗效的关键。纳米颗粒、抗体-药物偶联物（ADC）等递送系统可实现靶向性富集。例如，负载抗PD-1抗体的PD-1特异性纳米颗粒（PD-1-NP）可优先结合T细胞表面的PD-1，局部高浓度阻断同时降低系统性毒性；而以TTE表面TIM-3为靶点的ADC药物，可实现药物在耗竭T细胞内的精准释放，逆转其功能的同时减少对正常组织的损伤。代谢重塑：为T细胞“补充能量，优化代谢通路”TTE的代谢重编程是功能抑制的核心驱动因素之一，因此通过代谢干预恢复T细胞的能量代谢与生物合成能力，成为重塑策略的重要方向。1.糖代谢的再平衡：TME中葡萄糖剥夺与乳酸积累抑制T细胞糖酵解与OXPHOS。策略包括：-补充关键代谢底物：外源性给予丙酮酸（糖酵解下游产物）或丁酸钠（短链脂肪酸）可绕过糖酵解抑制，促进T细胞线粒体功能恢复，增强IFN-γ分泌。-阻断代谢抑制通路：腺苷通过腺苷A2A受体（A2AR）抑制T细胞糖酵解，A2AR拮抗剂（如ciforadenant）联合PD-1抑制剂在NSCLC临床试验中显示出协同效应；而乳酸转运体MCT1抑制剂（如AZD3965）可减少乳酸进入T细胞，逆转乳酸诱导的表观遗传修饰（如H3K18la沉积）。代谢重塑：为T细胞“补充能量，优化代谢通路”2.脂代谢的调控：TTE中脂肪酸氧化（FAO）过度激活，而脂质合成受限，导致膜流动性降低与信号分子生成不足。例如，激活AMPK（能量感受器）可抑制FAO，促进脂质合成，增强T细胞增殖与效应功能；而补充ω-3脂肪酸（如DHA）可改善T细胞膜流动性，促进TCR信号传导。3.氨基酸代谢的干预：TME中色氨酸（通过IDO1降解）、精氨酸（通过ARG1降解）的剥夺是TTE形成的重要原因。IDO1抑制剂（如epacadostat）虽在单药治疗中未显示出疗效，但与PD-1抑制剂联合在部分患者中可改善T细胞浸润；而精氨酸补充剂（如L-精氨酸）可直接恢复T细胞的功能，尤其在ARG1高表达的肝癌模型中效果显著。表观遗传调控：逆转“耗竭记忆”，恢复功能可塑性TTE的表观遗传稳定性使其难以被常规治疗激活，通过表观遗传药物“擦除耗竭记忆”，成为实现深度重塑的关键。1.组蛋白修饰调控：-HDAC抑制剂：如伏立诺他（vorinostat）可通过抑制组蛋白去乙酰化，增加效应基因启动子区的H3K9ac/H3K27ac水平，促进IFN-γ、TNF-α等基因转录。临床前研究表明，HDAC抑制剂联合PD-1抑制剂可逆转终末耗竭T细胞的功能，增强其肿瘤杀伤能力。-HAT激活剂：如p300/CBP激活剂（CC-90001）可增强组蛋白乙酰转移酶活性，耗竭相关基因（如PDCD1、HAVCR2）启动子区的H3K27ac水平下降，同时效应基因（IFNG、GZMB）表达上调。表观遗传调控：逆转“耗竭记忆”，恢复功能可塑性2.DNA甲基化调控：DNA甲基转移酶抑制剂（如5-aza-2'-deoxycytidine,DAC）可通过降低效应基因启动子区的DNA甲基化水平，恢复其转录活性。然而，DAC的全身性毒性限制了其临床应用，近期开发的纳米载体包裹的DAC可实现肿瘤局部递送，显著降低毒性同时增强T细胞功能重塑效果。3.染色质可及性调控：转录因子TOX是维持TTE表观遗传稳定性的“核心开关”，通过CRISPR/Cas9敲除TOX可显著逆转T细胞的耗竭表型，恢复其效应功能与增殖能力。此外，靶向TOX上游调控因子（如IL-2/STAT5信号）的小分子抑制剂也在临床前研究中显示出潜力。肿瘤微环境的系统性修饰：改善T细胞“生存土壤”TTE的形成与功能维持高度依赖TME的抑制性信号，因此通过“多靶点、多维度”修饰微环境，为T细胞创造“有利生存条件”，是重塑策略的重要补充。1.调节性免疫细胞（Treg/MDSC）的清除或功能抑制：Treg细胞通过分泌IL-10、TGF-β及消耗IL-2抑制效应T细胞功能；髓系来源抑制细胞（MDSC）则通过精氨酸酶、iNOS与ROS抑制T细胞活化与增殖。抗CCR4抗体（如mogamulizumab）可清除Treg细胞，增强CD8+T细胞抗肿瘤活性；而PI3Kγ抑制剂（eganelisib）可抑制MDSC的募集与功能，与PD-1抑制剂联合在胰腺癌模型中显著改善疗效。肿瘤微环境的系统性修饰：改善T细胞“生存土壤”2.免疫抑制性细胞因子的中和：TME中高表达的TGF-β不仅直接抑制T细胞功能，还可促进T细胞向耗竭方向分化。TGF-βtrap（如bintrafuspalfa，PD-L1/TGF-β双功能融合蛋白）通过同时阻断PD-L1与TGF-β信号，在NSCLC临床试验中显示出一定疗效，尽管因毒性问题开发受限，但仍为细胞因子中和策略提供了思路。3.肿瘤血管正常化：异常肿瘤血管导致T细胞浸润受阻，且缺氧诱导因子（HIF-1α）激活进一步促进TTE形成。抗血管生成药物（如贝伐珠单抗）可通过“正常化”血管结构，改善T细胞浸润与氧供，与ICB联合在肾癌、胶质母细胞瘤中显示出协同效应。细胞治疗与基因编辑：赋予T细胞“抗耗竭新能力”过继性细胞治疗（ACT）通过体外扩增、激活T细胞后回输，直接补充效应T细胞；而基因编辑技术则可对T细胞进行“定向改造”，赋予其抵抗耗竭的能力。1.TILs疗法的优化：肿瘤浸润淋巴细胞（TILs）包含大量肿瘤特异性T细胞，但其体外扩增过程中易耗竭。通过添加IL-15、IL-21等细胞因子，或使用PD-1/TIM-3双抗体阻断，可在扩增过程中维持T细胞的干细胞样记忆（Tscm）表型，增强其体内持久性与抗肿瘤活性。例如，MD安德森癌症中心开发的“扩增-筛选-扩增”策略（通过磁珠分选PD-1-T细胞后再扩增），可显著提高TILs中效应T细胞的比例与功能。2.TCR-T与CAR-T细胞的改造：传统CAR-T细胞在实体瘤中易因TME抑细胞治疗与基因编辑：赋予T细胞“抗耗竭新能力”制而耗竭，改造方向包括：-共刺激信号增强：在CAR结构中引入4-1BB、ICOS等共刺激信号域，可增强T细胞活化与增殖，延缓耗竭进程。例如，4-1BB共刺激CAR-T在胶质瘤模型中显示出较CD28共刺激更强的持久性。-抑制性受体基因敲除：通过CRISPR/Cas9敲除PD-1、TIM-3等抑制性受体基因，可构建“耐药性CAR-T细胞”。临床前研究表明，PD-1敲除CAR-T在PD-L1高表达肿瘤中仍保持杀伤能力，且无显著脱靶效应。-“装甲CAR-T”策略：将细胞因子（如IL-12、IL-15）或检查点阻断抗体基因整合到CAR-T细胞中，实现局部分泌，既增强T细胞功能，又降低系统性毒性。例如，IL-12装甲CAR-T可通过局部激活NK细胞与巨噬细胞，改善TME，逆转T细胞耗竭。细胞治疗与基因编辑：赋予T细胞“抗耗竭新能力”3.干细胞样记忆T细胞（Tscm）的诱导与回输：Tscm具有自我更新与多分化潜能，是抵抗耗竭的“理想细胞群”。通过体外诱导（如IL-7、IL-15联合TGF-β阻断）或基因编辑（过表达FOXO1、TCF7等转录因子），可将效应T细胞重编程为Tscm，回输后可在体内长期存活并分化为效应细胞，为持久抗肿瘤免疫提供保障。04挑战与展望：迈向个体化、精准化的T细胞功能重塑挑战与展望：迈向个体化、精准化的T细胞功能重塑尽管TTE功能重塑策略已取得显著进展，但临床转化仍面临诸多挑战：TTE异质性与个体化治疗需求不同肿瘤类型、不同患者甚至同一肿瘤内部的TTE具有高度异质性，其耗竭程度、受体表达谱、代谢特征与表观遗传状态均存在差异。例如，NSCLC中TTE以PD-1+TIM-3+为主，而肝癌中TIGIT+TTE比例更高；同一患者的原发灶与转移灶中，T细胞的耗竭状态也可能因微环境差异而不同。这种异质性要求重塑策略必须基于“患者分层”与“细胞分型”，通过单细胞测序、空间转录组等技术绘制TTE“图谱”，实现“精准干预”。联合治疗的毒性与耐药风险多靶点联合虽可增强疗效，但也可能叠加毒性（如免疫相关不良事件irAEs）或引发继发性耐药（如上调新的抑制性受体）。例如，PD-1+CTLA-4联合治疗的irAEs发生率高达50%-60%，部分患者因无法耐受而中断治疗；而长期使用TIM-3抑制剂可能导致TIGIT、VISTA等其他抑制性代偿性上调。因此，开发“低毒高效”的联合方案，如基于生物标志物的“序贯联合”或“局部递送联合”，是未来重要方向。功能重塑的长期维持与免疫记忆形成当前策略多聚焦于“短期功能恢复”，但TTE的长期稳定性与免疫记忆形成仍是未解难题。终末耗竭T细胞即使被部分