《TRENDS IN Immunology》：Antigen presentation at the blood–brain barrier amplifies neuroinflammation
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中枢神经系统（CNS）的免疫监视由脑屏障调节。血脑屏障（BBB）处的抗原呈递被认为可促进抗原特异性T细胞进入CNS，这主要基于体外研究。最近的体内和转录组学研究要求重新评估这一概念。在健康小鼠和人类CNS内皮细胞中，主要组织相容性复合体（MHC）I类表达较低，
中枢神经系统（CNS）的免疫监视由脑屏障调节。血脑屏障（BBB）处的抗原呈递被认为可促进抗原特异性T细胞进入CNS，这主要基于体外研究。最近的体内和转录组学研究要求重新评估这一概念。在健康小鼠和人类CNS内皮细胞中，主要组织相容性复合体（MHC）I类表达较低，而MHC II类表达极少或缺失。在神经炎症期间，脑微血管内皮细胞（BMECs）可获得抗原呈递特征，主要发生在强烈或长期炎症的背景下。研究人员提出，BMEC抗原呈递放大血管病理学，而不是在免疫监视或疾病期间启动CNS T细胞进入。
**中枢神经系统免疫特权在免疫监视和屏障功能中的背景**
中枢神经系统（CNS）需要高度稳态的环境来确保神经功能正常，同时CNS免疫监视需检测病原体、清除受损组织并应对损伤。脑屏障通过严格调控循环与CNS之间的分子交换和免疫细胞运输，协调这些竞争性需求，形成独特的CNS免疫特权概念。早期移植研究显示，植入CNS实质的外源组织移植物可长期存活而不被排斥，结合健康CNS实质中缺乏常规淋巴管和主要组织相容性复合体（MHC）分子低表达，曾提出“免疫忽视”概念。但后续实验表明，外周免疫接种可加速排斥植入CNS的移植物，提示CNS内免疫反应可能依赖于局部抗原呈递。20世纪80年代末，脑脊液（CSF）向颈淋巴结引流以及T细胞在无明显神经炎症下进入CNS的研究，修正了免疫忽视概念。当前理解是CNS免疫特权是一种高度特化的、与免疫系统分室化的相互作用，而非缺乏免疫监视。这种分室化与脑屏障的解剖组织密切相关，屏障将免疫相互作用引导至CNS边界区域，同时保护CNS实质的神经稳态。外CNS边界区域，包括内皮血脑屏障（BBB），支持受控的免疫监视，而胶质界膜则限制免疫细胞进入健康CNS实质。早期体外研究提示炎症刺激可诱导脑微血管内皮细胞（BMECs）的抗原呈递机制，但后续研究证实白细胞穿过BBB的运输主要由黏附分子和趋化因子介导，而非抗原识别。近期体内成像、遗传模型和转录组学分析允许在生理和病理背景下重新评估这一概念。本综述首先总结脑屏障如何分室化CNS免疫监视，然后讨论T细胞穿过BBB的抗原非依赖性机制，接着评估脑内皮细胞中抗原呈递分子表达的体外和体内证据，检查BBB处可用的抗原来源，并讨论神经炎症期间内皮抗原呈递的功能后果。研究人员提出，BBB处的抗原呈递不太可能启动生理流动下的免疫细胞相互作用，但可通过维持T细胞在BBB上的停滞来放大持续炎症，促进内皮损伤，导致局灶性BBB破坏。
**脑屏障分室化CNS免疫监视**
CNS主要通过BMECs维持免疫特权，BMECs形成循环与CNS实质之间的高度特化界面。除BBB外，CNS还被不同的屏障界面包围，包括成纤维细胞形成的脑膜屏障、脉络丛的上皮和成纤维细胞屏障、以及室周器官屏障。此外，嗅黏膜提供外部环境与CNS之间的额外免疫通信途径。这些界面将CNS分隔成对免疫细胞和可溶性免疫介质具有不同可及性的区域。BMECs建立物理、代谢和免疫屏障，严格调控分子交换和免疫细胞进入CNS。与周围内皮屏障不同，BBB进一步由胶质界膜增强，后者是围绕CNS血管的星形胶质细胞屏障。在毛细血管后微静脉处，内皮和实质基膜分离并形成血管周围间隙，容纳CNS驻留的抗原呈递细胞（APCs），从而在不直接暴露CNS实质于外周免疫活动的情况下支持CNS免疫监视。因此，这两个屏障系统串联作用，BMECs调节来自循环的免疫细胞进入，而胶质界膜控制进一步进入CNS实质，确保CNS免疫特权。
**T细胞穿过BBB的抗原非依赖性运输**
CNS免疫监视需要循环T细胞穿过BMECs。T细胞跨越BBB的迁移主要发生在毛细血管后微静脉，在层流条件下进行，涉及黏附分子和信号分子的顺序相互作用。在稳态条件下，BMECs上关键黏附分子的表达较低，但在神经炎症期间上调以支持免疫细胞募集。转录组分析揭示了沿CNS血管树的血管分区，以及运输分子如细胞间黏附分子1（ICAM-1）和血管细胞黏附分子1（VCAM-1）在毛细血管后微静脉内皮细胞中的优先表达。BMECs的特化性质塑造了T细胞外渗的独特特征，包括α4β1整合素的主要作用、T细胞逆血流方向延长爬行以到达罕见的三细胞连接进行跨BMECs的穿内皮迁移，以及在神经炎症期间由于非典型趋化因子受体1（ACKR1）的重新表达和ICAM-1表达增加，导致通过BMECs的跨细胞穿内皮迁移转向。这些抗原非依赖性运输过程的详细描述可参考其他文献。
**神经炎症诱导BBB处的抗原呈递机制**
尽管T细胞穿过BMECs的运输主要由抗原非依赖性的黏附和信号通路介导，这些通路可在层流剪切力存在下参与，但抗原特异性相互作用尚未在剪切力下观察到，但可能在T细胞接触并停滞于BMECs后发生。重要的是，在生理流动条件下，T细胞受体介导的与BMECs的相互作用预计仅在黏附分子介导的T细胞停滞于BMECs之后发生。这些观察提出了BMECs是否具有在体内呈递抗原的能力，以及这种相互作用如何贡献于CNS免疫监视或神经炎症的问题。与CNS免疫特权状态一致，在稳态条件下，BMECs中抗原呈递机制基本缺失。BMECs仅表达低水平的MHC I类，而MHC II类表达在BMECs中基本检测不到，仅限于专业APCs，如边界相关巨噬细胞（BAMs）或CNS相关巨噬细胞（CAMs）和树突状细胞（DCs）。此外，BMECs缺乏经典共刺激分子的表达，表明它们不具备在健康CNS中支持高效抗原依赖性T细胞激活的能力。然而，在神经炎症期间，促炎细胞因子可诱导BMECs中的抗原呈递程序。多项研究检测了炎症条件下人类和小鼠BMECs中MHC表达的变化。体外研究表明，BMECs在干扰素γ（IFNγ）和肿瘤坏死因子（TNF）刺激下上调MHC I类和MHC II类。有趣的是，一些早期研究已经质疑这种相互作用是否足以启动完整的CD4 T细胞激活程序，因为观察到抗原特异性CD4 T细胞与BMECs的相互作用导致BMECs损伤。相比之下，体内研究主要识别出在炎症反应中MHC I类相关通路的上调。MHC I类相关转录本在老龄小鼠的BMECs中也有所增加，表明炎症衰老可能进一步影响BMECs的抗原呈递能力。尽管炎症刺激可在体外诱导BMECs中的MHC II类表达，但目前缺乏其在体内BMECs中表达的有力证据。一项早期研究报告了急性炎症或脱髓鞘疾病（包括多发性硬化（MS））患者脑活检中BMECs的MHC II类上调，但鉴于BMECs与周细胞（位于内皮基膜内）和星形胶质细胞终足（胶质界膜）的紧密空间关联，以及血管周围巨噬细胞的存在和早期免疫染色方法的有限分辨率，这些发现需要仔细重新评估。为了直接重新评估BMECs在体内抗原呈递的能力，研究人员对公开可用的小鼠和人类CNS组织的转录组数据集进行了重点再分析，包括健康小鼠脑的单细胞RNA-seq数据、跨四种小鼠神经退行性疾病模型的批量内皮RNA-seq数据，以及人类死后脑组织的单核RNA-seq数据。分析显示，在健康小鼠和人类脑的动脉、毛细血管和静脉内皮群体中，MHC II类相关基因几乎没有表达，在包括MS、中风、癫痫和创伤性脑损伤的小鼠CNS疾病模型的批量内皮RNA-seq数据中也是如此。这些发现表明，抗原特异性CD4 T细胞与BMECs的相互作用不太可能代表所检查神经疾病中的主要病理机制。相比之下，BMECs表现出低水平的MHC I类相关基因基础表达，并在神经炎症条件下显著上调MHC I类限制性抗原呈递相关转录本，最突出的是在实验性自身免疫性脑脊髓炎（EAE）中。重要的是，MHC I类相关抗原呈递机制的表达在EAE期间遵循动态时间模式，随着神经炎症增加而在疾病高峰期达到最高水平，并在慢性期保持升高但水平较低，表明内皮抗原呈递机制由变化的炎症环境驱动，而非疾病持续时间本身。
**BBB处抗原呈递的抗原来源**
鉴于MHC I类依赖性抗原呈递在毛细血管和静脉内皮细胞中的证据，一个关键未知因素是BBB处可用的抗原起源。BMECs可用于呈递的抗原可来自不同来源，包括内源性表达的内皮蛋白、循环血源性抗原以及源自CNS实质的抗原。对于内皮源性抗原，将T细胞受体转基因（TCR-tg）的细胞毒性CD8 T细胞（专门识别并通过MHC I类呈递同源抗原的靶细胞）过继转移到在BMECs中内源性表达同源CD8 T细胞抗原的转基因小鼠中，导致T细胞黏附于BMECs和CD8 T细胞介导的BMECs凋亡，引起BBB破坏、CNS浸润和类似于Susac综合征的出血性病变。穿孔素被确定为抗原特异性CD8 T细胞介导的BMECs杀伤的关键分子。病毒蛋白在内皮细胞中的积累甚至直接感染已在体外以及流感病毒相关脑病或黄病毒（如西尼罗河病毒、日本脑炎病毒和寨卡病毒）感染实验模型中得到描述。BMECs是否将这些抗原呈递给病毒特异性CD8 T细胞，以及这是否导致在这些病毒感染环境中观察到的屏障通透性增加、紧密连接蛋白表达改变和内皮细胞死亡，尚不清楚。对于血源性抗原，BMECs还可以交叉呈递来自血液的外源性抗原，这在实验性脑疟疾（ECM）中得到了优雅的说明。在该模型中，内皮细胞将寄生虫抗原交叉呈递给循环CD8 T细胞，参与了脑疟疾的标志性内皮病变，CD8 T细胞耗竭完全阻止ECM。体外，IFNγ刺激的小鼠BMECs可以轻松地将寄生虫抗原交叉呈递给抗原特异性CD8 T细胞，导致BMECs破坏。在ECM动物脑中，CD8 T细胞在脑微血管内积累，并与BMECs的腔面紧密接触，与严重的BBB破坏相关。双光子体内成像显示，ECM期间大量寄生虫特异性CD8 T细胞停滞在脑微血管的腔面，骨髓嵌合体实验表明这种停滞依赖于放射抗性血管驻留细胞的MHC I类表达，强烈提示BMECs自身的抗原呈递。使用条件性敲除小鼠，在ECM中揭示了MHC I类分子Kb和Db对BBB破坏和CD8 T细胞穿过BBB迁移的不同贡献。阻断α4整合素和淋巴细胞功能相关抗原1（LFA-1）介导的CD8 T细胞与BMECs的腔内相互作用足以预防致命病理。对于CNS源性抗原，最近在实验性自身免疫神经炎症模型中的观察揭示，BMECs还可以将CNS实质释放的少突胶质细胞抗原交叉呈递给循环效应CD8 T细胞。这些抗原特异性相互作用降低了CD8 T细胞在BMECs腔面上的爬行速度，并促进了局灶性BBB破坏。这些发现提出了BMECs可能呈递神经炎症或组织损伤期间释放的CNS组织源性抗原，从而在慢性神经炎症（如MS）中强化血管病理的可能性。
**BBB处抗原呈递的功能后果**
鉴于BMECs可以表达抗原呈递所需分子以及T细胞共刺激和共抑制通路，在稳态条件下以及在神经炎症期间更为突出，CD8 T细胞与静息或激活的BMECs之间抗原特异性相互作用的功能后果仍是一个重要研究领域。早期工作通过纹状体内注射抗原促进了针对该抗原的循环CD8 T细胞的短暂局部浸润，CD8 T细胞进入脑部由脑内皮细胞识别同源抗原促进，并通过阻断腔面MHC I类显著减少，表明非炎症脑中初始CD8 T细胞运输的抗原特异性通路。但需要注意的是，这些观察使用的是高亲和力CL4-TCR CD8 T细胞，不依赖于共刺激信号，且未考虑注射抗原向外周免疫系统的引流。独立共培养实验表明，用TNF/IFNγ刺激并脉冲卵清蛋白（OVA）抗原的BMECs可支持抗原特异性和MHC I类依赖性的初始OT-I CD8 T细胞激活，激活的OT-I CD8 T细胞获得效应功能，包括细胞因子产生和细胞毒性，并能破坏抗原呈递的脑微血管内皮单层。然而，在体内神经炎症疾病中的相关性仍不确定，特别是在生理流动条件下，抗原特异性CD8 T细胞与脑微血管内皮的相互作用仅在黏附分子介导的T细胞停滞于脑微血管内皮表面后观察到。因此，虽然内皮MHC I类-肽复合物可能维持或强化T细胞在BBB处的相互作用，但目前没有证据表明TCR介导的识别本身足以在缺乏黏附分子相互作用的情况下停滞循环T细胞。综合来看，现有证据表明BBB处的抗原呈递主要在神经炎症条件下出现，更多贡献于病理放大而非生理免疫监视。在生理流动条件下，BMECs处的抗原特异性相互作用仅在黏附分子介导的T细胞捕获和停滞于内皮表面后发生。在ECM和Susac综合征动物模型中，通过阻断α4整合素和LFA-1介导的T细胞停滞于BMECs表达的VCAM-1和ICAM-1上可改善疾病，进一步支持了在潜在的TCR与内皮MHC I类-肽复合物结合之前需要黏附分子介导的T细胞停滞。在持续炎症或组织损伤期间，过量的抗原不仅可供专业APCs处理，还可供BMECs和其他脑屏障相关细胞处理。在多种实验环境中，CD8 T细胞与BMECs之间的抗原特异性相互作用反复与BBB内皮损伤、BBB功能障碍和神经炎症病理放大相关。重要的是，抗原特异性CD8 T细胞介导的内皮损伤并非CNS特有，也已在周围血管床中描述，表明炎症性内皮抗原呈递是一种更广泛的、组织特异性血管病理机制，而非仅限于BBB的现象。然而，在BBB处，即使是局灶性内皮损伤也具有特别重要的后果，因为它破坏了屏障完整性并扰乱了CNS神经稳态。
**结论与展望**
现有证据支持一个模型，即BBB处的抗原呈递不启动T细胞进入CNS，而是在炎症条件下黏附分子介导的T细胞停滞于BMECs后出现。与CNS免疫特权状态一致，体内BMECs的MHC I类组成性表达仍然较低，而内皮MHC II类表达在体内缺乏有力证据。相比之下，专业APCs如BAMs/CAMs和DCs战略性地定位于CNS边界区域，组成性表达MHC I类和II类介导的抗原呈递所需分子机制，从而强化CNS边界的免疫监视。在神经炎症期间，炎症细胞因子可诱导BMECs中的抗原呈递程序，最显著的是MHC I类相关通路。同时，BMECs缺乏初始T细胞引发所需的完整共刺激机制，表明BBB处的抗原特异性相互作用主要涉及效应或记忆T细胞而非初始T细胞。因此，BMECs不应被视为专业APCs，而是可在炎症条件下短暂获得抗原呈递功能，足以调节正在进行的免疫反应，特别是通过MHC I类/肽介导的与抗原经验型CD8 T细胞的相互作用。来自体外BBB模型和功能性体内疾病模型的观察支持脑内皮细胞在神经炎症期间交叉呈递外周或CNS源性抗原的作用。在ECM和其他体内模型中的研究强烈支持该通路的功能相关性，但需要进一步研究来直接定义BMECs在体内获取、处理和交叉呈递外源性抗原的细胞和分子机制。BBB处这些抗原特异性相互作用在体内主要表现为局灶性CD8 T细胞激活、BMECs损伤和局灶性BBB破坏，从而加剧神经炎症病理。在生理流动条件下，BBB处的抗原特异性T细胞相互作用只能在黏附分子介导的T细胞捕获和停滞于BMECs表面后发生。因此，推测BBB处的抗原呈递在长期或严重炎症和/或高抗原负荷条件下变得最为相关，此时过量抗原不仅可供专业APCs，还可供BMECs和其他脑屏障相关细胞使用。脑疟疾期间的高抗原负荷与严重的全身炎症可能促进BMECs交叉呈递疟原虫抗原，并维持抗原特异性CD8 T细胞与CNS微血管的相互作用，最终导致血管阻塞和BBB破坏。同样，与细胞因子释放综合征（如嵌合抗原受体（CAR）T细胞治疗中观察到的）相关的严重全身炎症可能诱导BMECs中抗原呈递机制的异常高表达。免疫效应细胞相关神经毒性综合征（ICANS）是否涉及CNS屏障处的抗原特异性相互作用尚不清楚。更广泛地说，抗原负荷和炎症程度可能决定BMECs表面肽-MHC复合物的丰度，结合TCR对相应肽-MHC复合物的亲和力，可能塑造CD8 T细胞与BMECs相互作用的整体效价，并最终决定局灶性T细胞激活和CNS血管病理的程度。在与错误折叠蛋白积累相关的神经退行性疾病中是否存在类似机制仍是一个重要的未解问题。鉴于体外和体内研究抗原特异性T细胞与BMECs相互作用时观察到的明显差异，需要开发允许在生理流动条件下选择性探究抗原呈递通路的实验模型，以更好地定义BMECs抗原呈递对CNS免疫和神经炎症疾病的贡献。这包括开发在体外真实再现IFNγ诱导的BMECs上MHC I类而非MHC II类上调的模型。此外，探索来自脑疟疾或Susac综合征患者与健康对照的诱导多能干细胞来源的体外BBB模型，可能允许探索不同个体中诱导抗原呈递机制表达的分子基础的差异，从而在未来识别对BBB处抗原呈递易感的个体。特别具有治疗相关性的是，在生理流动条件下，BBB处的抗原特异性T细胞相互作用需要先前的黏附分子介导的内皮表面停滞。因此，减少循环抗原特异性T细胞数量或干扰T细胞黏附于BMECs的治疗，如芬戈莫德或那他珠单抗，也限制了BBB处抗原特异性CD8 T细胞介导的血管病理。这些方法可能对内皮病变（如Susac综合征和潜在的脑疟疾）也具有治疗意义。选择性靶向BBB本身抗原呈递的治疗也可能变得可行，因为BMECs的腔面仍可通过全身途径进入。旨在干扰内皮界面处肽-MHC相互作用的策略，包括使用脑穿梭或运输载体技术特异性靶向BMECs的治疗方法，可能代表未来的潜在治疗途径。同时，旨在抑制自身反应性T细胞反应的耐受诱导疗法可能间接减少BBB处病理性抗原特异性相互作用。最近使用抗原偶联聚合物或纳米颗粒促进抗原特异性免疫耐受的方法在神经炎症实验模型中显示出有希望的结果。这些策略是否也调节脑屏障处的抗原特异性T细胞相互作用，仍是未来研究的重要问题。总之，这些观察突显了尽管在理解BBB处抗原呈递方面取得了实质性进展，但其调节、生理功能和治疗潜力的许多基本方面仍有待解决。
