青科沙龙第172期 | Nature-非经典蛋白毒性应激反应引起T细胞耗竭的关键机制

CD8⁺ T细胞通过识别MHC-I分子呈递的抗原发挥杀伤作用，在抗病毒感染和抗肿瘤免疫中至关重要。然而，在慢性病毒感染或肿瘤微环境中，T细胞长期暴露于持续性抗原刺激，并受到代谢紊乱、缺氧及免疫抑制信号等多重不利因素影响，其功能逐渐衰减，表现为杀伤效应减弱、增殖能力下降以及死亡率上升，这一状态被称为T细胞耗竭（T cell exhaustion）。晚期T细胞耗竭不仅削弱了免疫检查点阻断（immune checkpoint blockade, ICB）药物的疗效，也限制了嵌合抗原受体T细胞（CAR-T）在实体瘤治疗中的应用。因此，深入阐明T细胞耗竭的分子机制，对优化肿瘤免疫治疗策略具有重要意义。

尽管关于T细胞耗竭的研究已取得显著进展，目前仍主要集中于转录组和表观遗传层面，而系统性蛋白质层面的研究相对不足。由于mRNA水平无法完全反映蛋白质的实际状态——受到翻译效率、翻译后修饰及降解等多种因素的调控——蛋白质组学在揭示T细胞耗竭机制中具有不可替代的作用。然而，该领域目前仍缺乏深入的系统性探索。

2025年10月1日，俄亥俄州立大学李子海教授团队在《Nature》上发表题为“Proteotoxic stress response drives T cell exhaustion and immune evasion”的研究论文，首次揭示了一种由错误折叠蛋白堆积所触发的非经典蛋白毒性应激反应（Proteotoxic Stress Response, PSR，简称Tex-PSR）是驱动T细胞耗竭的关键机制。这一发现为理解并逆转T细胞功能衰竭提供了的全新视角。

研究介绍

研究团队基于全面的蛋白质组学分析，对不同来源和阶段的耗竭T细胞进行了系统比较，发现其转录水平与蛋白水平之间存在显著差异，进一步凸显了蛋白质组学研究的重要性。无论是在体外培养模型、慢性LCMV病毒感染模型，还是肿瘤来源的耗竭T细胞中，均观察到应激通路显著激活以及错误折叠蛋白的积累。与典型的未折叠蛋白反应（UPR）或整合应激反应（ISR）不同，耗竭T细胞并未通过抑制蛋白质合成来缓解应激状态，反而呈现出整体翻译活性上升的趋势。

进一步分析表明，约74%的蛋白质在耗竭T细胞中更易形成聚集体，其中包括关键效应分子Granzyme B。这一发现解释了为何某些分子在转录水平和蛋白表达量上均有所上调，却因构象异常而丧失功能。基于此，研究团队提出了耗竭T细胞中特有的“蛋白毒性应激反应”（Tex-PSR）概念，其特征为蛋白质合成增强伴随错误折叠与聚集。该机制的提出不仅对免疫学领域具有重要价值，也可能为更广泛的生物医学研究提供新的思路。

为验证Tex-PSR在耗竭形成中的因果作用，研究团队通过两种方式在效应T细胞中人为诱导错误折叠蛋白：一是利用脯氨酸类似物Azetidine-2-carboxylic acid（AZC）干扰正常折叠过程；二是导入致囊性纤维化的CFTR突变体，使其错误折叠并滞留于内质网。结果显示，即使在没有持续抗原刺激的条件下，上述干预仍可诱导T细胞出现耗竭表型，表明Tex-PSR并非耗竭的伴随现象，而是其直接驱动因素。

在机制层面，研究发现Akt信号通路是Tex-PSR的核心调控节点。抑制Akt（而非mTOR或PI3K）能够显著降低蛋白质合成速率并减少错误折叠蛋白的积聚，从而缓解T细胞耗竭；相反，持续激活Akt则足以在无慢性抗原刺激的情况下促使效应T细胞进入耗竭状态。

此外，不同细胞区室中的蛋白质折叠伴侣在Tex-PSR过程中表现出明显差异：一类内质网伴侣（如BiP、gp96、ERO1a等）在耗竭T细胞中高表达，而多数细胞质伴侣虽然在T细胞激活阶段表达上升，却在耗竭阶段出现下调。功能实验证实，敲低BiP、gp96或ERO1a均能有效抑制T细胞耗竭进程，并在慢性病毒感染及肿瘤模型中增强CD8⁺ T细胞的功能与治疗效果，提示这些伴侣分子不仅参与蛋白质折叠过程，还直接推动了耗竭表型的形成。

最后，研究团队将Tex-PSR特征与临床免疫治疗响应进行了关联分析。通过对17种癌症类型的公共单细胞转录组数据进行整合分析，发现高Tex-PSR水平与免疫检查点阻断疗法及CAR-T疗效不佳显著相关。这表明Tex-PSR不仅可作为T细胞耗竭的新型生物标志物，也有望成为改善免疫治疗应答的潜在干预靶点。

文章研究机制图