TIM3與CEACAM1在癌癥反應中介導T細胞免疫耐受

　　免疫療法（immunotherapy）是最近新興的一種癌癥治療手段，其目的在于引導患者產生針對癌癥細胞的特異性免疫反應。在最近的研究中，這種方法配合傳統的手術與放射治療具有出明顯的優勢。然而，作為基因突變的產物，癌細胞與人體正常細胞的特征十分相似，因此在誘導癌細胞特異性免疫反應過程中"自體免疫耐受"成為不可忽視的影響因素。

　　TIM-3（T cell immunoglobulin domain and mucin domain-3）是一類T細胞表面抑制性分子，能夠引起癌癥與慢性病毒感染過程中T細胞的衰竭。與CTLA-4（cytotoxic T lymphocyte antigen-4），PD-1（programed death-1）相同，TIM-3也是目前研究最多的免疫治療的靶點之一。因此，TIM-3引導免疫耐受的機制十分值得研究。最近哈佛大學醫學院Richard S. Blumberg課題組在《自然》雜志發表了他們對TIM-3引導免疫耐受的機制的研究。

　　首先作者根據之前發現的實驗現象："T細胞表面表達CEACAM-3蛋白，這一蛋白可以介導免疫耐受"，利用OT-II小鼠（該小鼠CD4+ T細胞特異性識別OVA蛋白323-339的多肽）以及Ceacam-1（carcinoembryonic antigen cell adhesionmolecule-1）缺失突變OT-II小鼠建立免疫耐受模型。實驗結果顯示，OVA323-339多肽能夠引發野生型OT-II小鼠產生免疫耐受（即CD4+ T細胞增殖受到抑制），然而，Ceacam-1-/ -OT-II小鼠則沒有出現免疫耐受的現象。之后，作者通過過繼移植（adoptive transfer）的方法將CFSE標記的OT-II na?ve CD4+T細胞（這種標記手段可以實現通過流式檢測分析細胞增殖情況）分別轉移入野生型與Ceacam1-/ -小鼠體內，并輔以OVA323-339多肽的刺激。之后的流式分析顯示：導入Ceacam-1-/ -小鼠體內的OT-II na?ve CD4+T細胞其增殖能力明顯高于野生型小鼠。出人意料的是，作者發現這部分CD4+T細胞中TIM-3的表達與Ceacam-1的表達具有非常強的相關性。暗示了T細胞表面TIM-3與Ceacam-1存在共表達的特性。

　　由于TIM-3的配體之前一直不清楚，作者猜想是否TIM-3與Ceacam-1在T細胞表面存在相互作用。作者在HEK293細胞系中過表達hTIM-3與hCeacam-1蛋白，后續的免疫共沉淀實驗證明兩者存在相互作用，而且TIM-3或Ceacam-3內部若干氨基酸殘基的突變會減弱這種相互作用。作者通過結晶學的手段得到了TIM-3與Ceacam-3的共結晶結構，結果顯示TIM-3與Ceacam-1在N-端具有非常強的相互作用。至此，生化方式最終證明了兩者的關系。

　　通過代謝標記的方式，作者發現Ceacam-3的存在會增強TIM-3的表達，然而當ceacam-3或TIM-3發生突變后，TIM-3會出現過度的糖基化，并且失去上膜的能力，在細胞內部過度積累。隨后，通過比較TIM-3tg，TIM-3tg Ceacam-1-/-小鼠TIM-3在SEB（superantigen staphy2 Tolococcal enterotoxin B，一類可以引起免疫耐受的抗原，作用于OVA類似，但不需要特異性T細胞轉基因小鼠）刺激前后的表達水平以及分布情況，發現TIM-3tg小鼠CD4+ T細胞TIM-3在接受刺激后表達量上升，并且上膜效率提高（通過生化與流式分析手段證明），顯示出免疫耐受的特性；然而，TIM-3tg Ceacam-1-/-小鼠T細胞TIM-3的表達量與分布則沒有如上變化。

　　在此工作的基礎上，作者分析了的TIM-3與 Ceacam-1參與免疫耐受分子機制。作者通過對野生型CD4+T細胞進行Anti-CD3&Anti-CD28的體外刺激，并分別接受N -Ceacam-1的體外刺激與空白處理。結果顯示，對照組T細胞出現大量增殖，而N -Ceacam-1刺激后的細胞對Anti-CD3&Anti-CD28的刺激不再敏感。這一結果證明了Ceacam-1負向調控的能力。那么這一作用是否需要TIM-3參與呢？BAT-3是TIM-3下游的一個抑制性分子，它可以與TIM-3進行結合從而抑制TIM-3的活性。作者比較了TIM-3tg（對SEB免疫耐受敏感）以及TIM-3tg Ceacam-1-/-（對免疫耐受不敏感）的小鼠CD4+ T細胞在接受上述刺激之后TIM-3與BAT3的相互作用情況。免疫共沉淀結果顯示：在接受刺激之前，兩組細胞具有相當的相互結合能力，但在N -Ceacam-1刺激之后，TIM-3tg 小鼠 T細胞中TIM-3與BAT3的相互作用減弱，說明TIM-3得到了活化；而在TIM-3tg Ceacam-1-/-小鼠T細胞中兩者的相互作用反而增強了。以上結果說明了Ceacam-1通過TIM-3信號通路影響了T細胞的免疫耐受。

　　那么體內真實的情況是怎樣的呢？作者通過過繼轉移的方式向Ceacam-1-/ -Rag 2-/-小鼠體內注入野生型的na?ve T細胞，導致了大腸的炎癥反應。之后，作者對大腸部位浸入的T細胞的進行了特征分析。結果顯示：TIM-3+ Ceacam-1+細胞IL-2，IFN-γ，IL-17A等效應性分子標記表達量遠遠低于其它類群的細胞。同時，當注入的是Ceacam-1-/ -T細胞時，這群細胞TIM-3的表達量遠低于野生型細胞，而且同時TNF-α的表達量也開始增強。作者進行了其它一些病理指標的分析，證明Ceacam-1促進了小鼠的免疫耐受反應。

　　最后，作者研究了Ceacam-1以及TIM-3在腫瘤特異性免疫反應過程中的作用。研究發現：在人工誘導的小鼠大腸癌模型中，Ceacam-1+TIM-3+細胞的比例遠高于其它類群的CD4+ T細胞，同時，Tim3tg小鼠對大腸癌的致死率是100%，遠高于野生型小鼠及Ceacam-1-/-小鼠。其它一些病理指標與體外檢測同樣表明Ceacam-1與TIM-3抑制了T細胞對癌細胞的免疫反應。

　　綜上，作者通過一系列遺傳學與免疫學手段證明Ceacam-1與TIM-3聯合作用導致T細胞對各類疾病產生免疫耐受。其下游的信號傳遞方式還需要進一步研究。

　　免疫耐受是一把"雙刃劍"，在自身免疫病中，耐受具有積極的作用，而在癌癥發生過程中，免疫耐受卻存在消極的影響。作為與PD-1，CTLA-4相似的分子，CEACAM-1與TIM-3也是免疫治療與藥物開發領域熱門的靶點分子。希望我們將來可以在全方面的了解的基礎上，針對不同的疾病（癌癥，自身免疫病）設計相關藥物，達到治愈的目的。