肠屏障免疫记忆由肠上皮细胞内递呈胞质细菌抗原编程

《Nature Immunology》：Barrier immune memory is programmed by intestinal epithelial cell presentation of cytosol-delivered bacterial antigens

　　

抗原区室化已知会影响CD4与CD8 T细胞识别，但其对同一种病原体不同抗原所诱导免疫应答的影响尚不清楚。研究人员通过追踪同一表位在柠檬酸杆菌（Citrobacter rodentium）不同毒力蛋白间转移时的克隆CD4 T细胞应答，发现应答强度与质量取决于抗原定位。滞留于细菌内的抗原因子所诱发的应答有限，而通过III型分泌系统（T3SS）注入结肠细胞胞质的抗原则产生强烈的黏膜CD4 T细胞应答，并促进上皮驻留记忆T（TRM）细胞形成。该过程需要受感染上皮细胞直接提呈抗原。单细胞转录组学分析显示，上皮细胞与T细胞之间持续双向通讯对于诱导屏障保护功能及偏向组织驻留而非中枢记忆分化的转录程序必不可少。这些发现确立非专业抗原提呈细胞（nonprofessional APC）为CD4 T细胞记忆命运的关键调控者。

研究背景方面，T细胞抗原识别依赖于细胞表面MHC分子：MHC I类（MHC class I）提呈给CD8 T细胞，MHC II类（MHC class II）提呈给CD4 T细胞。MHC II类主要限于造血来源的专业抗原提呈细胞（professional APC），包括树突状细胞（DC）、巨噬细胞和B细胞；但屏障组织上皮细胞等非造血细胞可被诱导表达MHC II类，成为非专业APC。这类细胞缺乏共刺激分子，不能启动初始T细胞，但可提呈病原抗原招募CD4 T细胞帮助。此前研究发现远端结肠细胞（DCC）被C. rodentium靶向后依赖MHC II类招募产生IL-22的CD4 T细胞，但哪些毒力蛋白贡献、抗原在细菌与宿主上皮胞质间区室化如何影响应答幅度与质量尚不明确。该研究发表于《Nature Immunology》，研究人员据此构建等基因C. rodentium菌株，将同一LCMV gp66-80表位融合至不同毒力蛋白，在控制MHC II类亲和力的前提下绘制克隆CD4 T细胞应答图谱。

关键技术方法上，研究人员采用SMARTA TCR转基因CD4 T细胞过继转移模型与C57BL/6及C3H/HeJ小鼠感染队列；利用全长为FL与缺失分泌信号Δ1–21的espZ构建仅改变胞质递送的对照；通过上皮MHC II类条件敲除小鼠（H2-Ab1^Villin、H2-Ab1^Villin-ERT2）解析上皮提呈功能；以LIPSTIC系统标记上皮与T细胞接触；结合光片荧光显微镜（LSFM）做空间定位；对感染9、14、42、90天样本做单细胞RNA测序（scRNA-seq）与配体受体分析。

Injected bacterial antigens induce enhanced mucosal T cell responses：研究人员用intimin、tir、nleA、espZ四类定位不同的毒力蛋白携带同一表位，发现仅递送至结肠细胞胞质的nleA与espZ诱导强劲SMARTA T细胞扩增；将espZ FL与espZ Δ1–21比较，蛋白与表位丰度一致时，胞质递送单独解释最大克隆应答差异。

T cell immunity to C. rodentium is initiated in the cecum before spreading to the distal colon：研究人员用FISH与流式追踪发现，C. rodentium先在盲肠顶端局灶定植，盲肠引流肠系膜淋巴结（dMLN）是SMARTA细胞主要启动位，应答随后扩散至远端结肠；膜定位或细菌表面抗原应答弱并非由于启动部位不同。

Epithelial cell presentation of injected bacterial antigens promotes CD4 T_RM cell development：研究人员在H2-Ab1^Villin小鼠见上皮MHC II类缺失使CD69⁺CD103^?与CD69⁺CD103⁺ T_RM减少；记忆期诱导删除H2-Ab1也降低T_RM；LIPSTIC显示上皮MHC II类依赖接触维持上皮内T_RM。结论为上清注入抗原经上皮提呈促进两类CD4 T_RM形成与维持。

Differential antigen localization promotes distinct patterns of CD4 T cell memory：LSFM显示胞质递送抗原使SMARTA细胞主要定位于上皮，非胞质抗原或上皮MHC II类缺失则使记忆细胞集中于盲肠斑/结肠斑等GALT。结论为抗原区室化决定记忆CD4 T细胞数量与微解剖定位。

Epithelial cell antigen presentation underpins bidirectional epithelial–T cell crosstalk to promote T_RM cell commitment：scRNA-seq显示DCC在感染期与清除后持续表达H2-Ab1；上皮MHC II类缺失改变吸收系结肠细胞动力学并削弱IFNγ相关程序；LIANA分析表明H2-Ab1–Cd4互作主导上皮–T细胞通讯，Cxcl16–Cxcr6与Il-7–Il-7r支持驻留与存活。结论为上皮提呈驱动双向串扰以承诺T_RM。

Epithelial cell antigen presentation directs T_RM cell transcriptional programming：研究人员见H2-Ab1^Villin小鼠效应CD4总数下降不多但记忆组成偏移，T_CM增多、T_RM与T_EM减少；CD103⁺ T_RM高表达Itgae、Ifng、Ccl5、Gzma及Hdac11。结论为上皮抗原识别编程T_RM转录特征，缺失时默认走向中枢记忆样命运。

讨论与结论部分总结：研究人员指出，抗原亚细胞定位而非丰量或区域递送动力学会主导克隆CD4 T细胞应答幅度与分布；非专业APC即肠上皮细胞通过直接MHC II类提呈胞质注入抗原，决定屏障保护性CD4 T细胞记忆是定位于上皮形成T_RM，还是默认留存于GALT呈中枢记忆样状态。持续上皮–T细胞双向通讯维持组织驻留程序。翻译结论为：胞质抗原递送促进CD4记忆细胞定位于肠上皮，使其再感染时具备快速局部应答优势；该研究确立非专业APC调控CD4 T细胞记忆命运的核心作用，对黏膜疫苗设计具有启示。