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在过去四十年间，T细胞耗竭（T cell exhaustion）主要与慢性感染及癌症相关联，并被描述为限制慢性抗原暴露所致免疫病理的晚期适应性反应。新兴证据揭示，耗竭T（exhausted T, Tex）细胞的形成具有发育学特征，具备独特的转录组学、表观遗传学
在过去四十年间，T细胞耗竭（T cell exhaustion）主要与慢性感染及癌症相关联，并被描述为限制慢性抗原暴露所致免疫病理的晚期适应性反应。新兴证据揭示，耗竭T（exhausted T, Tex）细胞的形成具有发育学特征，具备独特的转录组学、表观遗传学及表型谱，并伴随效应功能的渐进性与层级性丧失。近期研究表明，耗竭并非单纯的晚期阶段现象，而是远比既往认知更早起始的多维度发育轨迹。在T细胞初始致敏（priming）阶段建立的内在因子与组织微环境提供的外源性线索协同作用，在耗竭表型固定之前很早即驱动T细胞向耗竭状态分化。本综述系统呈现了重塑研究人员对T细胞耗竭形成认识的最新知识体系。研究人员在此探讨T细胞耗竭的遗传学、表观遗传学及代谢决定因素，以及其他可溶性介质与细胞类型在促进耗竭中的潜在角色。深化对耗竭早期决定因素的理解，对开发与应用适应于耗竭时序性演变的治疗策略（therapeutic strategies）具有重要启示，此类策略可能较单纯以逆转耗竭为目标的治疗更为有效。
1 引言
1.1 T细胞耗竭的标志
T细胞耗竭的概念虽可追溯至1968年，但直至1998年慢性淋巴细胞性脉络丛脑膜炎病毒（LCMV）感染小鼠模型中才得以系统描述。现被公认为持续抗原刺激下T细胞功能障碍的独特状态，涉及慢性感染、癌症及自身免疫病。初始T细胞在抗原、共刺激及炎症信号下分化为效应T细胞（Teff）；抗原清除后仅5%–10%存活为记忆T细胞（Tmem）。在慢性感染或肿瘤中，持续抗原暴露使Tmem分化程序转向耗竭，抗原特异性T细胞无法进入静息状态。Tex细胞以效应功能（IL-2、IFN-γ、TNF）渐进层级性丧失、抑制性受体（CTLA4、PD-1、TIM-3、TIGIT、LAG3）上调、转录因子改变（EOMES、NR4A1、NR4A2、TOX、HMGB2升高；TCF-1、T-bet、LEF-1、HIF-1α降低）、代谢重编程及独特表观遗传程序为特征。最新证据表明，耗竭轨迹可在T细胞初始激活阶段即被印记，远早于慢性抗原暴露。
2 T细胞耗竭的经典模型
三信号模型仍是经典框架：持续抗原、抑制性受体参与及促炎或抑制性细胞因子信号。Tex细胞鉴定依赖：（i）效应功能与增殖潜能渐进丧失；（ii）抑制性受体上调；（iii）转录因子改变；（iv）代谢状态改变；（v）独特表观遗传程序。
2.1 效应功能和增殖潜能的进行性丧失
Tex细胞最初被描述为不能产生IFN-γ，现知其在持续抗原刺激下层级性丧失效应功能：早期丧失IL-2产生和高增殖能力，随后丧失TNF-α，后期IFN-γ产生减少。Tex细胞中IFN-γ转录本仍高，其减少源于转录后调控。耗竭CD4+ T细胞IL-10显著上调，进一步损害效应。Tex细胞保留趋化因子（CCL3、CCL4、CCL5、CXCL10）产生和脱颗粒能力，但杀伤能力下降。终末期可见抗原特异性CD8+ T细胞被物理清除。
2.2 抑制性受体表达上调
抑制性受体是适应性免疫的负调控通路。Tex细胞中PD-1、CTLA4、TIM-3、TIGIT、LAG3等表达上调且持续。2006年研究显示体内阻断PD-1:PD-L1可增强耗竭CD8+ T细胞增殖与效应功能并降低病毒载量，证明耗竭可逆；该发现随后拓展至其他慢性感染和癌症模型。同时靶向多种抑制性受体已成为主要治疗策略。
2.3 转录因子表达改变
Teff、Tmem与Tex分化受转录因子及共调节因子复杂网络调控。Tex细胞表达的T-bet和Eomes亦见于Teff和Tmem。Eomes受TCF-1、FOXO1和Notch1调控，维持Tex细胞IFN-γ、颗粒酶B及穿孔素表达；同时Eomes可直接上调TIM-3和CD160，间接促进PD-1和LAG-3。
2.4 独特的表观遗传程序
急性LCMV感染中，Teff细胞Pdcd1启动子（编码PD-1）去甲基化，感染清除及Tmem形成后重新甲基化；慢性感染中该位点完全去甲基化且不重新甲基化。DNA甲基转移酶抑制剂可预防耗竭。Tex细胞表观遗传景观与Teff和Tmem显著不同，具约6000个差异可及区域；慢性病毒感染与癌症中Tex细胞表观遗传特征相似，且在PD-1阻断后保持稳定。
2.5 改变的代谢状态
初始T细胞依赖氧化磷酸化；激活后通过TCR-PI3K-mTOR转向糖酵解、磷酸戊糖途径及谷氨酰胺分解；Tmem细胞恢复氧化磷酸化和脂肪酸氧化。Tex细胞中PD-1交联增加减弱PI3K-Akt-mTOR信号，抑制糖酵解、减少葡萄糖摄取并失调线粒体氧化能力。
3 重新审视时间线：耗竭何时能被检测到？
3.1 早期激活和初始致敏阶段
TCR信号早期通过钙内流激活BATF、IRF4和NFAT，驱动T细胞扩增。持续TCR信号使游离NFAT增加，与AP-1失衡后驱动PD-1、TOX和NR4A转录。高强度TCR信号促进TCF-1+前体细胞、抑制性受体上调及Tex发育。持续CD27信号与终末Tex相关；慢性感染中PD-1阻断及CTLA-4上调与CD28信号降低有关。IL-10和TGF-β促进PD-1表达并维持Tex分化；IL-6、IL-18、IL-27及I型干扰素可上调耗竭标志物。
3.2 急性感染期间的早期印记
急性LCMV感染后第4天，CD8+ T细胞即出现预测向Tex分化的基因表达和表观遗传模式。慢性LCMV感染中，感染后5天的TCF-1+早期前体CD8+ Tex（Tpex）细胞已具备向耗竭表型分化的独特转录和表观遗传特征。HCV、流感及SARS-CoV-2感染急性期也发现Tpex亚群。Tex细胞形成独立于感染结局，但慢性感染支持其扩增。
3.3 组织微环境线索
单细胞RNA测序显示Tex细胞具器官特异性转录组谱。组织驻留Tmem与Tex细胞表型相似但发育不同。低氧、营养限制及乳酸可在慢性期建立前促进Tex早期发育。低氧条件下TCR刺激诱导线粒体功能障碍和活性氧，驱动TILs耗竭程序；恢复线粒体功能可挽救Tex细胞。Tex细胞命运可能在抗原呈递后初始T细胞分裂时即被决定，LCMV特异性T细胞在激活后6小时内即表达CD44、LAG-3和PD-1。
4 驱动耗竭程序的决定因素
Tex细胞亚群包括具自我更新能力的祖细胞Tpex、轻度细胞毒的TEX-int、高细胞毒的中间亚群及终末TEX-term。其发育取决于细胞内在和外在决定因素。
4.1 细胞内在决定因素
4.1.1 转录调控因子
TCR诱导钙调神经磷酸酶-NFAT通路在无AP-1配合下驱动TOX和NR4A家族。TOX虽非Teff/Tmem形成所必需，但为Tex细胞形成所必需。TOX条件性敲除（TOX cKO）研究显示慢性感染中TOX缺失导致PD-1、CD160、TIGIT和LAG-3降低，但Tex细胞应答无法维持。TOX作为主调控因子，调节NR4A2、T-bet、Eomes、Id2、TCF-1及Notch活性，促进PDCD1、CTLA4、LAG-3等位点可及性，抑制GZMB和IFN-γ。TCF-1定义干性Tpex细胞，其表达丢失伴TOX和Eomes增加标志向终末耗竭进展。
4.1.2 表观遗传预置
耗竭相关转录网络由T细胞激活后早期的表观遗传预置稳定，存在约6000个富集BATF、IRF4、TCF-1、T-bet和E2A的差异可及区域。Tex细胞pdcd1位点去甲基化。TOX表达增加招募组蛋白乙酰转移酶和甲基转移酶，在抑制性位点维持活跃染色质并在效应位点建立抑制性标记。这些染色质“疤痕”在激活后6小时内出现，并在抗原清除后维持，提示表观遗传改变有限可逆。
4.2 细胞外在决定因素
4.2.1 抗原呈递动力学
持续抗原刺激主导Tex细胞发育。抗原暴露的数量、持续时间、亲和力及解剖学背景决定耗竭进程。持续高剂量抗原维持TCR信号、促进NFAT激活和TOX诱导，驱动TCF-1+前体细胞在感染第一周向耗竭样表型分化。传统“高强度T细胞应答预测病毒清除”模式受挑战，适度激活及低亲和力效应T细胞早期释放可能最有利于持续病毒控制。
4.2.2 细胞因子微环境
Tex细胞发展的标志是IL-2产生丧失；外源IL-2可增强Tex应答。I型干扰素在早期感染中对CD4+和CD8+ T细胞扩增及CD8+细胞溶解功能获取至关重要，但在慢性感染中 favor 终末分化亚群。瞬时抑制IFN-I受体可导致TCF-1+干样细胞从过渡前体出现的可逆轨迹。IL-6、IL-21和IL-27影响Tex发育。IL-10和TGF-β通过SMAD依赖方式抑制mTOR并降低效应位点染色质可及性，促进耗竭。
4.2.3 细胞生态系统和其他免疫群体
CD4+ T细胞缺失所致“无助初始致敏”使CD8+ T细胞倾向终末耗竭。调节性T细胞（Tregs）和抗原呈递细胞（APCs）是IL-10和TGF-β来源。树突状细胞（DCs）提供三种信号启动免疫；CD103+ cDC1可浸润肿瘤并呈递抗原。肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）促进Tpex终末分化，其耗竭增强抗PD-1应答。活化B细胞通过耗氧诱导低氧、高糖酵解剥夺葡萄糖，并经CTLA-4依赖产生TGF-β诱导Tregs。髓源性抑制细胞（MDSCs）和基质细胞通过分泌腺苷、精氨酸酶、中性粒细胞胞外陷阱（NETs）或IDO创造免疫抑制和营养匮乏生态位。腺苷抑制TCR信号并上调检查点；精氨酸酶耗竭精氨酸下调CD3ζ；NETs促进抑制性受体表达；IDO通过降低色氨酸促进耗竭。抑制细胞与营养匮乏生态位形成自我强化网络，驱动耗竭诱导。
5 治疗意义
5.1 重新思考治疗时机
耗竭是轨迹而非终点，预防可远早于慢性期开始。当前检查点抑制剂主要针对晚期程序固定的Tex细胞，而早期干预可能产生更稳健持久的结果。阻断钙调神经磷酸酶-NFAT信号可限制TOX诱导并延迟耗竭；PGC-1α激活增强线粒体生物发生；早期PD-1阻断维持Tpex细胞并增强应答，而晚期干预在持续抗原刺激下导致再耗竭。
5.2 检查点阻断和联合治疗
检查点抑制剂疗效依赖于TCF-1+干样Tpex细胞，其效应位点部分开放染色质允许功能恢复；终末耗竭PD-1+ TOX+细胞则具固定表观遗传抑制。bezafibrate、MCT1抑制剂或PGC-1α激动剂等恢复线粒体的药物与PD-1阻断联合可增强氧化磷酸化和治疗应答。IL-21和IL-2共治疗维持祖细胞池。抗体-细胞因子融合蛋白改善生物利用度。JAK抑制剂（JAKi）ruxolitinib联合nivolumab在霍奇金淋巴瘤中53%患者达完全代谢缓解；itacitinib联合抗PD-1在非小细胞肺癌中总体缓解率67%，增加“命运灵活”CD8+ Tpex细胞。早期检查点阻断可起预防作用。
5.3 通过疫苗和免疫治疗设计预防耗竭
预防性策略包括：（i）通过单剂初免-加强或自限性抗原递送避免持续抗原暴露；（ii）纳入代谢佐剂促进线粒体健康和脂肪酸氧化；（iii）提供IL-21、工程化IL-2或双特异性抗体-细胞因子融合蛋白维持Tpex。持续IL-2信号驱动终末分化，故优选低效力IL-2变体；IL-15支持Tpex自我更新。治疗性环境中，终末耗竭 largely 不可逆，故需保护未committed的Tpex库。CAR-T和TCR工程细胞可在体外预处理，但在TME中因持续抗原暴露、营养剥夺和低氧而快速耗竭；NR4A1缺失、强制TCF-1或PGC-1表达可改善持久性。然而，耗竭是限制组织损伤的保护机制，不受约束的Teff功能可导致致命自身免疫，故早期干预需整合可调启动子、瞬时抑制剂或诱导性“kill switch”等合成生物学安全措施。
6 未解决的问题和未来方向
治疗成功取决于何时及在何种表观遗传和代谢环境中干预。关键问题包括：能否在初始阶段预防耗竭？初始阶段生物标志物能否可靠分层耗竭潜力？普遍vs背景依赖决定因素：TOX、NR4A、PD-1及线粒体功能障碍提示保守核心程序，而病毒动态、组织嗜性、低氧及乳酸代表背景特异性因素。Tex细胞获得独特染色质可及性谱，Tpex细胞比终末耗竭细胞更具可塑性，但是否可逆仍存争议。代谢恢复仅部分恢复染色质可及性，不能完成重编程。未来需定义哪些增强子被“锁定”。此外，生理性保护向病理性功能障碍转变的阈值尚不明确，自身免疫也可能利用耗竭样程序限制疾病。
7 结论
T细胞耗竭并非 exclusively 晚期现象，而是远比以前认知更早开始的多方面发育轨迹。初始阶段建立的内在因素与外在线索协同驱动耗竭分化。靶向发育轨迹更早时间点的治疗策略可能比单纯逆转更有效。确定早期普遍vs背景依赖决定因素、绘制染色质景观稳定性、定义生理与病理耗竭角色，对设计下一代疫苗、检查点疗法和工程T细胞治疗至关重要。
