清华大学医学院两位教授联合发表兄弟篇论文：免疫抑制新机制

　　

生物通报道：清华大学医学院的石彦、祁海研究组在1月12日的在《Journal of Experimental Medicine》杂志上接连发表两篇文章，通过体内外实验揭示了调节性T细胞在单细胞水平行使免疫抑制功能的一个新机制，这两项研究首次在体内外追踪单个细胞的行为，为Treg细胞如何抑制DC功能来实现免疫调节功能给出了一个有趣的解释。

调节性T细胞（Treg）是免疫系统中的重要组成部分，在机体免疫耐受及维持自身稳态方面有着重要作用，但其工作机制尚未完全清楚。过去的机理研究虽然大量应用精确的遗传学手段，但通常在细胞群体水平观察表型，对单个Treg细胞如何工作鲜有涉及。

这两篇论文研究的最初灵感来自于石彦研究组应用原子力显微镜在体外实验中的一个偶然发现。原子力显微镜可以用来精确测量单个细胞之间的作用力，研究人员发现Treg细胞与树突状细胞（DC）黏附作用非常强，远大于普通T细胞（Tconv）与DC间的作用。DC活化Tconv细胞是免疫应答的基础，依赖于这两种细胞间的长时程的强黏附作用。由于前人提出过抗原呈递DC可能是Treg抑制作用最重要的靶细胞，这些初始结果暗示或许Treg细胞通过占据DC来减弱其与Tconv黏附作用，从而达到抑制作用。

那么，体内会是这样吗？难道所有Treg细胞不分情况、不论受体特异性都能很强地黏附到DC上吗？难道被Treg黏附就使DC永久丧失刺激Tconv的功能吗？Treg黏附在DC细胞内又制造了怎样的混乱才能让它们丧失功能呢？在接下来的工作中，石彦组与祁海组的紧密合作为这些问题给出了答案。

祁海研究组的研究人员利用活体双光子显微成像技术，首次在免疫应答过程中对淋巴结内Treg、抗原特异Tconv细胞及DC进行了同时单细胞成像。他们发现，Treg与DC接触时间确实较长，尤其比无免疫应答时显著增长；根据过继转移实验结果，这是由于Treg细胞受到局部白介素2（Interleukin-2, IL-2）的影响；而只要有IL-2，Treg的受体特异性不影响其与DC的强黏附作用。当然，Treg细胞并不永久地粘在一个DC上，而还是会从一个DC上跑到下一DC上。

有趣的是，Treg与某个DC黏附接触时，这个DC就只能与抗原特异Tconv细胞发生时程很短的黏附；之前一段时间没被Treg接触的DC才能支持时程较长的Tconv细胞黏附。这些结果说明，Treg细胞在体内依赖时空动态以负反馈方式抑制DC功能。免疫应答开始后有IL-2的产生，而局部IL-2增强了附近Treg细胞对DC的黏附和抑制作用；这种抑制并非绝对，需要Treg细胞持续与DC黏附；一但Treg细胞脱离开一个DC，这个DC又能恢复其刺激Tconv细胞的能力。这种既允许免疫应答发生，又紧密控制以防过度的调节方式，符合Treg细胞在整体水平维持稳态的功能。

那么前人通过遗传学实验发现Treg的抗原受体为Treg功能所必需又怎么解释呢？其实，Treg细胞的存活、IL-2受体的表达等都依赖于Treg细胞通过抗原受体所获得的信号，以机体的免疫稳态为实验终点，抗原受体是必需存在的；但精确到一个Treg细胞通过接触黏附作用抑制一个DC那一时刻时，同时发生抗原受体信号转导是不必要的。

在细胞层面，石彦研究组利用基于原子力显微镜的单细胞力谱仪和超分辨成像深入探讨了Treg细胞和DC之间的黏附机制。他们发现一个可能的解释是，Treg细胞下调了钙蛋白酶（calpain）功能，降低了黏附因子的回收，造成了持续高强度附着。而在DC一侧， Treg细胞的强附着使细胞骨架调节因子Fascin1（一种肌动蛋白集束因子）在Treg-DC细胞结合处聚集；这个“稀缺”细胞骨架资源一旦被占据，DC就不能正常向Tconv细胞极化和形成免疫突触。但当Treg细胞离开后，DC细胞骨架资源又可以从新分配，从而恢复正常的抗原呈递功能。

这两项工作通过首次在体内外追踪单个细胞的行为，为Treg细胞如何抑制DC功能来实现免疫调节功能给出了一个有趣的解释。其中，抑制功能取决与细胞动态黏附、抑制作用不依赖于抗原受体信号、但依赖于细胞骨架资源分配，都是新概念和角度。作者们认为，这些理论是否代表了Treg细胞最基本的工作方式，还有待在更多实验模型中进一步探索与验证。

两篇文章的第一作者分别是祁海研究组，清华大学PTN项目已毕业学生晏家骢博士，医学院2015级博士生刘波也做出了重要贡献。石彦研究组的在读博士生陈家欢和Anutosh Ganguly。

作者简介：

祁海，毕业于北京医科大学，教授、博士生导师

人物履历
1991年-1996年，就读于北京医科大学临床医学系，获医学学士学位。
1997年-2003年，就读于University of Texas Medical Branch，获病理学博士学位。
2003年-2009年, Postdoctoral fellow, Laboratory of Immunology, NIAID/NIH
2009年-至今，清华大学教授。

研究方向手段
综合运用分子与细胞免疫学手段、基因工程小鼠模型、以及基于双光子显微镜的活体成像技术，本实验室致力于研究免疫细胞相互作用、黏附、迁徙、以及反应性组织结构生成的机制。我们同时探索这些机制在诸如先天性免疫缺陷及自身免疫病等免疫病理过程中的作用。

石彦

清华大学教授，主要从事免疫学，树突状细胞生理，疫苗，自体免疫调控，以及原子力显微镜基础上的单细胞激活研究。科研成果包括从细胞浆中分离尿酸，并证明它是哺乳动物免疫系统感受到的所谓危险因子，为以后这个方面的研究打下基础。找到了晶体和结石引起吞噬细胞炎症反应的机制，阐明了铝盐佐剂直接和树突状细胞表面的胆固醇和鞘脂结合从而引起的佐剂效应。

原文摘要：

Strong adhesion by regulatory T cells induces dendritic cell cytoskeletal polarization and contact-dependent lethargy

Dendritic cells are targeted by regulatory T (T reg) cells, in a manner that operates as an indirect mode of T cell suppression. In this study, using a combination of single-cell force spectroscopy and structured illumination microscopy, we analyze individual T reg cell–DC interaction events and show that T reg cells exhibit strong intrinsic adhesiveness to DCs. This increased DC adhesion reduces the ability of contacted DCs to engage other antigen-specific cells. We show that this unusually strong LFA-1–dependent adhesiveness of T reg cells is caused in part by their low calpain activities, which normally release integrin–cytoskeleton linkage, and thereby reduce adhesion. Super resolution imaging reveals that such T reg cell adhesion causes sequestration of Fascin-1, an actin-bundling protein essential for immunological synapse formation, and skews Fascin-1–dependent actin polarization in DCs toward the T reg cell adhesion zone. Although it is reversible upon T reg cell disengagement, this sequestration of essential cytoskeletal components causes a lethargic state of DCs, leading to reduced T cell priming. Our results reveal a dynamic cytoskeletal component underlying T reg cell–mediated DC suppression in a contact-dependent manner.

Class II MHC–independent suppressive adhesion of dendritic cells by regulatory T cells in vivo

Regulatory T (T reg) cells are essential for peripheral homeostasis and known to target and suppress dendritic cells (DCs). One important mechanism is through prolonged interaction between antigen-specific T reg cells and DCs that down-regulates the co-stimulatory capacity of DCs. However, the dynamics and TCR specificities of such T reg cell–DC interaction and its relevance to the suppressive outcomes for individual DCs have not been clarified. To gain insights into the underlying cellular events in vivo, we analyzed individual T reg cell–DC interaction events in lymph nodes by intravital microscopy. Our results show that, upon exposure to interleukin-2, T reg cells formed prolonged adhesive contact with DCs, independent of antigen or MHC recognition, which significantly suppressed the contemporaneous interaction of the same DCs with antigen-specific conventional T cells and impaired T cell priming. Therefore, T reg cells may function in part as feedback regulators in inflammatory milieu, by suppressing local DCs and interrupting immune activation in a contact-dependent and class II MHC-independent manner.