T細胞是適應性免疫系統的主要組成部分， 它們在病菌感染中被功能活化， 參與宿主防御， 但是遇到自身抗原或者在慢性感染和腫瘤微環(huán)境中， 它們會(huì )發(fā)生命運改變， 進(jìn)入功能失能命運， 但是調控T細胞功能失能的分子機制會(huì )不清楚。本研究通過(guò)轉錄組及表觀(guān)組學(xué)手段，發(fā)現功能缺陷的T細胞 [Dysfunctional T cell]， 包括免疫耐受T細胞 [Tolerant T cell] 和慢性感染和腫瘤微環(huán)境導致的耗竭T細胞 [Exhausted T cell]， 都特異性穩定高表達轉錄因子NR4A1。NR4A1對于自身免疫疾病和腫瘤免疫都起著(zhù)關(guān)鍵負調控作用。機制上， 它一方面通過(guò)競爭性結合AP-1在染色質(zhì)的結合位點(diǎn)，從而阻抑T細胞功能分子的表達；另一方面，NR4A1與染色質(zhì)超級增強子區域[Super enhancer]的結合能夠促進(jìn)組蛋白的乙酰化水平(H3K27ac)，引發(fā)免疫耐受相關(guān)基因的超表達。
相對于活化T細胞識別殺傷入侵病原體，T細胞對自身抗原的耐受是防止自身免疫疾病的重要機制。在T細胞激活過(guò)程中，活化性共刺激分子(B7.1，B7.1，和B7h)以及抑制性共刺激分子(CTLA-4，PD-1，B7H3，B7S1等)的多寡決定了T細胞活化或者耐受的命運。當抑制性共刺激分子主導時(shí)，T細胞分化成耐受T細胞。研究者利用同時(shí)缺失主要共刺激分子B7.1， B7.2和B7h的抗原遞呈細胞將CD4+ T細胞分化成耐受T細胞(圖1) 。轉錄組聯(lián)合表觀(guān)組-組蛋白甲基化[H3K4me3 和H3K27me3]分析發(fā)現，相對于效應性T細胞亞型(Th1， Th2， Th17)，耐受T細胞展現獨特的基因表達及表觀(guān)修飾特征—效應基因表達大量下調，耐受及耗竭相關(guān)基因上調； 轉錄啟動(dòng)子區的H3K4me3修飾水平總體下降。
進(jìn)一步分析發(fā)現核受體家族轉錄因子-NR4A1在耐受T細胞穩定高表達；過(guò)表達NR4A1抑制T細胞的增殖以及效應功能，而NR4A1-/- T細胞效應功能過(guò)度活化，免疫耐受調節喪失，并能促發(fā)T細胞介導的腸炎。這些體內外實(shí)驗表明NR4A1是調控T細胞活化或者免疫耐受的關(guān)鍵因子。
阻斷T細胞免疫檢查點(diǎn)是腫瘤免疫治療的重要策略。重要的是，在小鼠淋巴瘤模型中，研究者發(fā)現腫瘤浸潤的耗竭CD8+ T細胞大量表達NR4A1，而在anti-PD1治療組中，伴隨著(zhù)腫瘤浸潤T細胞殺傷活力的部分恢復，NR4A1表達水平以及結合在開(kāi)放染色質(zhì)的數量顯著(zhù)下調。進(jìn)一步的T細胞過(guò)繼實(shí)驗證明敲除NR4A1賦予CD8+ T細胞更強的效應功能，更好地抵御腫瘤以及病毒的耗竭微環(huán)境 的能力(圖2)。
研究者進(jìn)一步通過(guò)NR4A1 過(guò)表達的轉錄組學(xué)分析以及ChIP-seq 實(shí)驗探究NR4A1調控T細胞功能失常的分子機制。他們發(fā)現，在耐受T細胞中，NR4A1的染色質(zhì)結合位點(diǎn)與調控T細胞活化的關(guān)鍵轉錄因子AP-1的位點(diǎn)一致。進(jìn)一步的EMSA，reporter assay，以及NR4A1 過(guò)表達和其缺失細胞中的ChIP-seq實(shí)驗證實(shí)，NR4A1能夠競爭性結合AP-1在染色質(zhì)的結合位點(diǎn)，從而阻抑AP-1-調控效應分子的表達。同時(shí)，NR4A1 結合位點(diǎn)與染色質(zhì)超級增強子區域[Super enhancer]組蛋白乙酰化 (H3K27ac)水平正相關(guān)：過(guò)表達NR4A1增強該區域的H3K27ac水平，進(jìn)而上調免疫耐受和耗竭相關(guān)基因的轉錄；而敲除NR4A1 下調這些位點(diǎn)的H3K27ac (圖3)。上述研究鑒定了以NR4A1為核心的轉錄調控T細胞耐受及耗竭新機制。
本文共同第一作者分別是劉新東（陸軍軍醫大學(xué)西南醫院全軍臨床病理學(xué)研究所教授，董晨教授的前博士后)、王云（陸軍軍醫大學(xué)西南醫院病理學(xué)研究所卞修武教授研究生）、路惠平（清華大學(xué)董晨課題組成員）， 董晨、劉新東、卞修武是共同通信作者，其他合作者包括清華大學(xué)醫學(xué)院董晨教授課題組、西南醫院病理學(xué)研究所、美國MD Anderson癌癥中心、西雅圖系統生物學(xué)研究所、陸軍軍醫大學(xué)全軍醫學(xué)院、中山大學(xué)眼科中心和中科院上海生命科學(xué)研究院等單位研究人員。研究工作得到科技部（國家重點(diǎn)研究計劃項目）、國家自然科學(xué)基金委、北京市科委、重慶市科委等資助。
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