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系统性红斑狼疮(system lupus erythematosus, SLE)是一种自身免疫性疾病,通过产生自体抗体(autoantibody)、激活自体反应性T细胞(autoreactive T cells)等方式推动疾病进展 【1】。特定的主要组织相容性复合体II类(MHC-II)等位基因类型是SLE重要的危险因素之一,新合成的MHC-II在分子伴侣恒定链(invariant chain, Ii)的辅助下被转运至溶酶体(lysosomal),与抗原结合后参与自身抗原肽递呈,同时,Ii也能够阻止内质网(endoplasmic reticulum, ER)内未完全折叠蛋白(unfolded protein)提前结合MHC-II。在缺失Ii的情况下,正常的MHC-II抗原呈递功能被损伤,这些在ER未完全加工的蛋白通过暴露类似肽区域提前和MHC-II结合,直接表达于细胞膜表面进行抗原呈递。尽管这些错误蛋白也是自身抗原(self-antigens),但是由于缺少部分元件,和自身抗原的抗原性(antigenicity)相差甚大,被称作新自身抗原(neoself-antigens)【2,3】。目前,这些新自身抗原在SLE内详细的发病机制还并不清楚。
近日,来自Osaka University的Hisashi Arase团队在Cell上发表了题为Neoself-antigens are the primary target for autoreactive T cells in human lupus的文章。团队以敲除小鼠和人类样本为模型,通过测序等多种研究手段分析发现,成年小鼠内敲除恒定链Ii后,新自体抗原被呈递,这些新抗原被识别为“非我”信号,激活新自体反应性T细胞(neoself-reative)并大量克隆性扩增,进而引起类似狼疮疾病的发生,该发现也在SLE病人血液中被验证。此外,这个机制也为Epstein-Barr virus(EBV)感染后狼疮发生率高的现象提供了证据支持。
为了搞清楚Ii缺失情况下新自体抗原的功能,研究人员建立tomaxifen-induced (Ii-iKO)成年小鼠Ii基因敲除模型,tomaxifen诱导后,脾脏内B细胞和树突状细胞(DC)细胞内Ii表达水平显著下调。相较于WT小鼠,敲除小鼠体内进一步的改变包括:细胞表面MHC-II表达下调;脾脏肿大、脾内细胞数量增多;总体淋巴细胞包括CD4+ T细胞比例保持不变,但其中effector/memory CD4+ T细胞,尤其是follicular helper CD4+ T (TFH)占比和数量都有所升高;生发中心(germinal center,GC)B细胞、memory B细胞和浆细胞(plasma cell)比例和绝对数量显著增多,Naïve B细胞比例降低;anti-nuclear antibodies(ANAs)、anti-dsDNA/ssDNA immunoglobulin G(IgG)、anti-U1-ribonucleoprotein (RNP)/Sm IgG和anti-histone IgG显著升高;生存率显著降低。这些发现说明Ii表达降低后B细胞和T细胞功能异常,且这些变化和人类SLE体内表现一致。
将Ii-iKO和WT小鼠内脾脏细胞进行单细胞测序分析后发现,Ii表达降低后B细胞比例降低,浆母细胞/浆细胞(plasmalasts/PC, PBs/PCs)比例升高,B细胞内狼疮相关基因Fgr1, Fos, Jun, Nfkbia, Stat1和Cd69表达显著上调。通过对PBs/PCs细胞进行单细胞BCR测序后发现,IgG BCRs和免疫球蛋白重链可变区(immunoglobulin heavy chain variable region, IGHV)大量克隆扩增,说明Ii表达降低引起自体反应性B细胞(autoreactive B cell)激活,产生自体抗体。
自体抗体的产生通常与要自体反应性T细胞的参与,因此,研究人员进一步探索自体反应性T细胞是如何参与这个过程的。首先,将WT内CD4+ T细胞取出后和Ii-iKO小鼠、WT小鼠的脾细胞共培养发现,Ii敲除的脾细胞能够显著提高IL2的产生,说明CD4+ T细胞能够识别Ii-iKO MHC-II提供的新自体抗原,对TCR分析后发现,大量克隆扩增的细胞主要是TFH, 说明自体反应性T细胞发展成TFH后参与B细胞激活和自体抗体产生。接下来,为了验证这些扩增TFH的抗原特异性,研究人员将检测到的TCRs整合在GFP标记表达鼠源CD4的T细胞内,当由MHC-II呈递的特定抗原被TCR识别后,下游GFP标签就会被激活,结果显示,Ii-iKO内脾细胞能够激活12/56个Ii-iKO特定TCR的GFP-T细胞,而WT内脾细胞针对WT特定TCR则没有显著激活,说明Ii的讲题能能够诱导新自体抗原-MHC-II呈递,引起下游T细胞克隆扩增。最后,研究人员将新自体抗原激活的特异性T细胞输回Ii-iKO动物体内发现,anti-ssDNA IgG在2周后显著升高,说明这些特异性扩增的T细胞确实参与了SLE疾病进展。
此外,小鼠内的研究发现在SLE病人的血样中也得到了验证。
EBV通常能够作用于表达MHC-II的memory B细胞,并是SLE发病机制中的重要因素之一 【4】。研究人员在细胞内感染EBV或过表达EBV激活因子BZLF1后发现,Ii的表达显著逐渐降低,并检测到大量蛋白被MHC-II呈递,进一步激活新自体反应性T细胞,促进SLE的发生。
总的来说,本研究阐明了在恒定链Ii水平降低的情况下如EBV感染,新自体抗原在MHC-II的呈递下,通过激活新自体反应性T细胞,打破自身耐受平衡,促进自身免疫疾病的发生,为自身免疫疾病提供了新的理论基础和治疗思路。
参考文献
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