Nature：不止A, B, C！研究人员扩充免疫细胞“字母表”，解锁T细胞抗癌新技能

在深入探讨这项研究的奇妙发现之前，我们先了解下它所依赖的技术基石：一个被研究人员称为 正交细胞因子受体平台 (orthogonal cytokine receptor platform) 的巧妙系统。

细胞因子疗法，例如直接给患者注射白细胞介素-2 (Interleukin-2, IL-2)，曾经是治疗的早期尝试。然而，它很快就遇到了瓶颈。问题在于，细胞因子是 多效性的 (pleiotropic)，就像一句含义模糊的话，不同的细胞听了会有不同的解读。IL-2不仅能激活抗肿瘤的效应T细胞，也会激活抑制免疫反应的调节性T细胞 (Treg)，效果常常互相掣肘。更麻烦的是，这些信号分子会在全身循环，引发严重的 脱靶效应 (off-target effects)，导致剧烈的毒副作用。

这就好比我们想给前线的士兵传递作战指令，却只能用一个覆盖全国的大喇叭广播，结果不仅士兵听到了，平民、甚至敌人也听到了，造成了混乱。理想的策略是，我们能拥有一套 加密通讯系统 ，只有我们想联系的特定士兵才能接收和解读指令。

正交 系统正是为此而生。研究人员利用蛋白质工程技术，对IL-2分子及其受体IL-2R 进行了改造，创造出一对 专属搭档 ：正交IL-2(orthogonal IL-2, oIL-2) 和正交IL-2R (oIL-2R )。这个oIL-2经过改造后，只能与oIL-2R 结合，而不再与体内任何天然的IL-2受体结合；反之，天然的IL-2也无法激活这个工程化的oIL-2R 。

这样一来，研究人员就拥有了一把 万能钥匙 和一把 专属锁头 。他们可以将这把 锁 (oIL-2R 基因) 通过基因工程的方式，只安装在他们想要调控的T细胞上。然后，当他们向体系中（无论是在培养皿里还是在小鼠体内）加入 钥匙 (oIL-2) 时，只有这些经过改造的 天选之T细胞 会接收到信号并做出反应，而体内其他所有细胞都 无动于衷 。这完美地解决了脱靶效应和信号泛滥的问题。

而这项研究最核心的巧妙之处在于，他们将这把 锁 设计成了模块化的。T细胞响应细胞因子信号，依赖于受体的胞内结构域(Intracellular Domain, ICD)，正是这部分结构负责在细胞内传递信号。研究人员保留了oIL-2R 负责识别 钥匙 的胞外部分，却把其胞内的ICD部分换成了来自其他各种细胞因子受体的ICD。

T细胞通过一个名为 共同 链 (common gamma chain, c) 的受体亚基与多种不同的受体亚基配对，来响应一系列细胞因子的信号。 c是T细胞信号网络中的一个核心枢纽。研究人员正是利用了这个内源性的 c，将其与他们工程化的、带有各种 外来 ICD的oIL-2R 进行强制配对。当oIL-2这把 钥匙 插入时，就激活了这个自然界中从未出现过的 合成受体对 ，从而开启全新的信号通路。

他们测试了来自 c家族、干扰素 (Interferon, IFN) 家族、IL-10家族，乃至通常以同源二聚体形式存在（而非与 c配对）的受体（如GCSFR和EPOR）的ICD。通过检测下游关键信号分子STAT蛋白家族的磷酸化水平，他们证实了这个平台的精确性。例如，当换上IL-10受体的ICD (o10R) 后，T细胞在oIL-2的刺激下，主要激活了STAT3信号；而当换上干扰素受体的ICD (oIFNLR1) 后，则主要激活了STAT1信号，这与这些受体在天然状态下的信号特征高度吻合。

这套系统，如同一套乐高积木，允许研究人员以前所未有的自由度，为T细胞 拼装 出全新的信号接收器。现在，舞台已经搭好，让我们来看看，当T细胞学会了这些 新语言 后，会上演怎样颠覆认知的 大戏 。

在免疫系统的精密分工中，T细胞和髓系细胞 (myeloid cells)，如巨噬细胞和中性粒细胞，扮演着截然不同的角色。T细胞是适应性免疫的 精英刺客 ，通过T细胞受体 (TCR) 识别特定抗原，对目标进行精准击杀。而髓系细胞则是天然免疫的 前线步兵 ，它们通过吞噬作用 (phagocytosis) 来清除病原体、细胞碎片和被抗体标记的靶细胞，同时还扮演着抗原提呈的角色，为T细胞 指引目标 。这两条谱系，在发育路径上早已分道-扬镳。

那么，一个大胆的设想浮出水面：有没有可能让一个 刺客 学会 步兵 的技能？让一个T细胞，同时拥有精准靶向和吞噬清除的能力？

研究人员将目光投向了粒细胞集落刺激因子受体 (Granulocyte-Colony Stimulating Factor Receptor, GCSFR)。GCSFR是髓系细胞的 专属 受体，在调控中性粒细胞的生长和功能中至关重要，它通常不存在于T细胞上。研究人员将GCSFR的胞内结构域（ICD）嫁接到他们的正交受体平台上，创造出了oGCSFR T细胞。

他们首先在B16F10瘤小鼠模型中测试了这些细胞的抗肿瘤效果。结果显示，oGCSFR T细胞展现出了强大的肿瘤控制能力，在接受治疗的小鼠中，有2/8的个体实现了肿瘤的完全清除，这是一个令人振奋的初步信号。

更深入的探索来自单细胞转录组测序 (single-cell RNA-sequencing, scRNA-seq) 技术。这项技术能让我们一窥肿瘤组织中成千上万个单个T细胞的 内心世界 ，了解它们各自的基因表达状态。当研究人员分析了多种改造T细胞在肿瘤内的状态时，一个惊人的现象出现了。他们识别出了七个不同的细胞亚群 (clusters)，其中一个名为 C6 的亚群显得格格不入。这个亚群的细胞，几乎全部（超过90%）来自于oGCSFR T细胞组。

更重要的是，C6亚群的基因表达谱与典型的T细胞大相径庭，反而表现出强烈的髓系细胞特征。它们的髓系关键转录因子，如NFIC、MAF和MAFB的活性显著升高。基因富集分析进一步证实，在oGCSFR T细胞中差异上调的基因中，至少有33%（89/271）与天然免疫、吞噬作用、中性粒细胞趋化等髓系细胞功能密切相关。这表明，oGCSFR信号通路在T细胞内部启动了一个 髓系化 的遗传程序。

为了验证这一发现，研究人员在体外用oIL-2培养了oGCSFR T细胞。仅仅48小时后，这些原本纯粹的T细胞，其表面开始大量表达通常出现在髓系细胞上的标志物。例如，它们表达了整合素Mac-1 (又称CD11b)、病原体识别受体CD14，以及Fc 受体I (CD64)。尤为引人注目的是，高达39%的oGCSFR T细胞甚至表达了中性粒细胞的经典标志物Gr-1。这些细胞，虽然仍保留着T细胞的身份（表达CD8），却披上了髓系细胞的 外衣 ，成为了一种前所未见的 T-髓系 混合体。

这仅仅是外表的模仿，还是真正获得了功能上的跨越？研究人员设计了一系列实验来检验它们的吞噬能力。首先，他们将带有pH敏感荧光标记的大肠杆菌颗粒与T细胞共培养。这种颗粒只有被细胞吞噬进入酸性的吞噬体后才会发出荧光。结果显示，oGCSFR T细胞，特别是其中表达Mac-1的亚群，展现出了显著的吞噬能力，而普通T细胞则几乎没有这种功能。

随后，他们使用了活的、表达绿色荧光蛋白 (GFP) 的李斯特菌 (Listeria monocytogenes) 进行挑战。在显微镜下，人们可以清晰地看到，绿色的细菌被oGCSFR T细胞一个个吞入胞内，而对照组T细胞则与细菌 相安无事 。

这项新获得的能力在抗肿瘤治疗中又意味着什么呢？一种重要的抗癌机制是抗体依赖性细胞吞噬作用 (Antibody-Dependent Cellular Phagocytosis, ADCP)，即巨噬细胞等通过其Fc受体识别并吞噬被抗体包裹的。研究人员用抗CD19抗体处理了A20细胞，并将其表面用红色荧光染料标记。随后，他们将这些 被标记 的肿瘤细胞与不同T细胞共培养。专业的吞噬细胞RAW264.7（一种巨噬细胞系）能够高效地吞噬这些肿瘤细胞，细胞内充满了红色荧光。而普通的T细胞或缺少ICD的对照T细胞则无能为力。令人惊喜的是，oGCSFR T细胞表现出了强大的ADCP能力，其吞噬效率远超对照组。

这意味着，这种经过重编程的T细胞，不仅能通过其TCR直接杀伤肿瘤细胞，还能与抗体药物协同作战，通过吞噬作用来清除那些被抗体靶向的癌细胞，实现了 双重打击 。

T细胞向髓系细胞的 跨界 ，打破了免疫细胞谱系分化的传统认知，也为细胞免疫疗法开辟了全新的想象空间。一个既能 精准狙击 又能 清扫战场 的T细胞，无疑将在对抗癌症的复杂战役中成为一股不可忽视的新生力量。

在CAR-T疗法治疗实体瘤的征程中，一个巨大的障碍是T细胞耗竭。肿瘤微环境中持续的抗原刺激和抑制性信号，就像一场无休止的战斗，会让最精锐的T细胞也逐渐失去功能，最终变得 心力交瘁 。如何让进入肿瘤战场的T细胞保持 年轻态 ，拥有源源不断的战斗力和自我更新能力，是决定治疗成败的关键。

研究人员这次从一个看似毫不相关的领域寻找灵感 组织修复与再生。白细胞介素-22(Interleukin-22, IL-22) 是一种主要作用于上皮细胞的细胞因子，它通过其受体IL-22R，在促进肠道等组织的更新和上皮屏障修复中扮演着核心角色。简而言之，IL-22R信号与 干性 (stemness) 维持息息相关。

T细胞中也存在一类具有干细胞特性的亚群，被称为干细胞样记忆T细胞(stem-cell-like memory T cells, TSCM)。它们具有强大的增殖潜力和分化为多种效应T细胞的能力，被认为是维持长期免疫记忆和抗肿瘤反应的 种子细胞 。研究人员推测，如果在T细胞中引入IL-22R的信号，是否能够人为地增强它们的 干性 ，使它们更能抵抗耗竭，成为一支 永不疲倦 的军队？

他们构建了o22R T细胞，即在正交受体上搭载了IL-22R的胞内信号域。在B16F10小鼠模型中，o22R T细胞的疗效在所有测试的受体中名列前茅，成功治愈了3/9的小鼠，显示出非凡的潜力。

为了在更接近临床的场景下验证其威力，研究人员转向了人类肿瘤的异种移植模型。在NALM6急性淋巴细胞模型中，他们构建了表达CD19 CAR和人类o22R (ho22R) 的T细胞。对照组的CAR-T细胞虽然也能起到一定的治疗作用，但最终肿瘤还是会复发。然而，ho22R CAR-T细胞的表现堪称完美，它们在所有接受治疗的小鼠体内都彻底清除了白血病细胞，实现了100%的治愈率。在侵袭性更强的Raji淋巴瘤模型中，ho22R CAR-T细胞同样展现了绝对的优势。

对于实体瘤，ho22R的表现同样出色。在A375人源黑色素瘤模型中，常规TCR-T细胞治疗效果甚微，但ho22R TCR-T细胞的介入彻底改变了战局。在所有接受治疗的雌性小鼠中，肿瘤被完全清除，实现了100%的完全缓解。

如此强大的疗效背后，究竟隐藏着怎样的分子机制？

单细胞转录组测序再次给出了答案。在肿瘤浸润的T细胞中，o22R T细胞被显著地富集在一个独特的细胞亚群 C3 中。这个亚群的细胞高表达一系列与记忆和干性维持密切相关的关键转录因子，如Tcf7、Bach2、Lef1和Foxo1。流式细胞术分析也证实了这一点，在引流淋巴结中，o22R T细胞分化为TSCM的比例显著高于对照组，实现了2.8倍的提升。这表明o22R信号确实在体内将T细胞推向了一个更 年轻 、更具潜能的状态。

更深层次的改变发生在染色质层面。细胞的命运，最终由基因的 开放 或 关闭 状态决定，而这种状态受到染色质可及性(chromatin accessibility) 的调控。研究人员利用ATAC-seq技术绘制了不同T细胞的染色质开放图谱。他们发现，与对照组相比，ho22R T细胞的染色质景观发生了剧烈的重塑。在ho22R T细胞中，有超过22,000个染色质区域变得更加开放，同时有超过10,000个区域变得更加致密。

其中最关键的发现，与一个名为TOX的基因有关。TOX是一个 耗竭 的关键驱动基因，当T细胞走向耗竭时，TOX基因所在的染色质区域会变得高度开放，基因被大量表达，从而锁定细胞的耗竭状态。然而，在ho22R T细胞中，研究人员惊讶地发现，TOX基因及其调控区域中，有多达25个以上的位点，其染色质可及性显著降低。

这是一个极为深刻的改变。ho22R信号并非简单地抑制某个蛋白的功能，而是在 基因组 的层面上，为T细胞设定了抵抗耗竭的 防火墙 。它通过重塑染色质结构，让启动耗竭程序的 开关 变得难以触及。同时，它又打开了那些维持干性的基因区域，为T细胞注入了源源不断的 青春活力 。

这项发现为解决T细胞耗竭这一核心难题提供了一个强有力的解决方案。通过模拟上皮干细胞的自我更新信号，研究人员成功地为T细胞找到了传说中的 青春之泉 ，打造出了一支真正意义上不知疲倦、潜能无限的抗癌军团。

在肿瘤免疫学的经典教科书中，通常将抗肿瘤免疫反应的主力归功于1型免疫反应(Type 1 immunity)。这种反应以效应CD8+ T细胞（又称Tc1细胞）和1型辅助T细胞 (Th1) 为核心，它们的标志性武器是分泌大量的干扰素- (Interferon-gamma, IFN- )。IFN- 能够强力激活免疫系统，抑制肿瘤生长，是公认的抗癌 第一功臣 。

与之相对的，是2型免疫反应(Type 2 immunity)。它以2型辅助T细胞 (Th2) 为主导，主要分泌白细胞介素-4 (IL-4)、IL-5和IL-13等细胞因子。传统上认为，2型免疫反应主要用于对抗寄生虫感染和引发过敏反应，在抗肿瘤领域，它甚至常常被视为一个 帮倒忙 的角色，可能会抑制1型免疫反应，促进肿瘤生长。

然而，科学的魅力就在于不断挑战和颠覆既有认知。研究人员在这项工作中，也对这一经典范式发起了挑战。他们构建了o4R T细胞，其正交受体搭载了IL-4受体 (IL-4R) 的胞内域，旨在特异性地在T细胞中启动2型免疫信号。

在B16F10黑色素瘤模型中，当研究人员比较多种源自天然 c家族受体的嵌合体时，o4R T细胞的抗肿瘤效果出人意料地脱颖而出，是其中唯一能够实现肿瘤治愈的改造（1/8的小鼠肿瘤被完全清除）。虽然治愈率不如o22R或oGCSFR，但它优于其他所有 c家族成员（如IL-7R, IL-9R, IL-21R）的表现，这本身就是一个强烈的信号，暗示着2型免疫反应可能并非我们想象中那么简单。

单细胞测序结果清晰地揭示了o4R T细胞在肿瘤内的独特命运。这些细胞几乎完全汇集到了一个名为 C2 的细胞亚群中。这个亚群的基因表达谱，是典型的2型免疫反应特征，高表达Penk、Lgals7等基因，并富含IL-4、IL-5和IL-13的转录本。这意味着，o4R信号成功地在肿瘤微环境中，将T细胞定向重编程为2型效应细胞(Tc2/Th2)。

为了在更贴近人体的系统中验证这一现象，研究人员使用了人源化的ho4R系统。他们将ho4R基因导入表达NY-ESO-1肿瘤抗原特异性TCR的人类T细胞中。在体外用oIL-2进行培养14天后，ho4R T细胞中产生了大量的2型细胞因子。与对照组相比，ho4R组中分泌IL-4的CD4+ T细胞比例从5.4%增加到12.1%，分泌IL-5的比例从14.2%飙升至39.4%，分泌IL-13的比例也从13.4%增加到25.7%。CD8+ T细胞中也观察到了类似的向Tc2细胞分化的趋势。

更有说服力的证据来自活体动物模型。在荷载A375人源黑色素瘤的免疫缺陷小鼠体内，接受ho4R TCR-T细胞治疗的小鼠，其肿瘤生长受到了显著的抑制。当研究人员在治疗结束后分析小鼠体内的T细胞时，他们看到了惊人的一幕：ho4R组的T细胞中，分泌IL-4的比例高达86.1%，而对照组仅为25.8%；分泌IL-5的比例为62.8%，对照组仅为17.8%。ho4R信号在体内极其高效地诱导并维持了T细胞的2型免疫表型。

这一系列坚实的数据，不禁让我们重新思考一个根本性问题：为什么 非主流 的2型免疫反应也能有效抗击肿瘤？

其中的机制可能非常复杂。也许，这些2型T细胞本身就具备某种未被充分认识的直接杀伤肿瘤的能力。又或者，它们分泌的IL-4、IL-5等细胞因子，通过 旁分泌 (paracrine) 的方式，调动了免疫系统中的其他 友军 ，例如嗜酸性粒细胞或M1型巨噬细胞，共同对肿瘤发起围剿。近期的一些研究也开始揭示，2型免疫反应在特定情况下，可能通过重塑肿瘤微环境，使其更有利于免疫细胞的攻击。

无论具体机制如何，这项研究的结果都有力地证明了，我们不应再简单地将2型免疫反应与 促癌 划等号。通过o4R这个强大的工具，研究人员得以在没有其他信号干扰的情况下，纯粹地研究2型免疫信号对T细胞命运和功能的影响，并最终发现其隐藏的抗肿瘤潜力。这不仅为肿瘤免疫治疗提供了新的潜在策略，也提醒我们，在复杂而精密的生命系统中，不存在绝对的 好 与 坏 ，关键在于我们如何去理解和驾驭这些力量。这项工作，无疑是为我们改写 游戏规则 提供了新的思路和工具。

这项发表于《自然》的研究，为我们描绘了一幅关于未来细胞免疫治疗的壮丽蓝图。它所带来的启示，已经远远超出了简单地为T细胞增加几个新的受体。如果说单个的细胞因子受体是 字母 ，那么这项工作所做的，是探索如何将这些字母组合成全新的 单词 ，甚至构建起一套全新的 语法 ，从而让T细胞能够执行前所未有的复杂程序。

让我们回顾一下这项研究所创造的 新物种 ：

oGCSFR T细胞，一个 杀手-吞噬者 的混合体。它既保留了T细胞的精准靶向能力，又获得了髓系细胞的吞噬功能。在未来的治疗中，它或许能与抗体药物形成完美的搭档，在直接摧毁癌细胞的同时，高效清除被抗体标记的 漏网之鱼 ，实现战场清理和精准打击的一体化。

o22R T细胞，一个 永不疲倦的干细胞战士 。它借鉴了上皮组织的再生智慧，通过激活内源性的干性程序，在基因组层面关闭了 耗竭 的开关。这为解决实体瘤治疗中T细胞耗竭这一核心瓶颈，提供了一个优雅而有力的解决方案，有望将细胞免疫疗法的疗效持久性提升到一个新的高度。

o4R T细胞，一个 非传统的规则颠覆者 。它挑战了肿瘤免疫学的传统范式，证明了被长期忽视的2型免疫反应同样蕴含着抗肿瘤的巨大潜力。这不仅拓宽了我们的治疗思路，也为我们提供了一个纯粹的研究工具，去深入解密2型免疫在抗癌战争中的确切角色。

这项工作的核心，是一个具有高度可扩展性的平台技术。研究人员所展示的，仅仅是冰山一角。理论上，我们可以将任何一个已知功能的信号结构域（ICD）嫁接到这个正交受体平台上，系统性地探索不同信号通路对T细胞命运的调控作用。我们甚至可以组合不同的ICD，或者对ICD进行精细的改造，以微调信号的强度和持续时间，实现对T细胞功能更为精密的 编程 。

这开启了一个全新的 理性设计 时代。未来的细胞免疫疗法，可能不再是简单地给T细胞安装一个CAR，而是根据不同肿瘤的微环境特点、不同患者的免疫状态，为其 量身定制 一套最优的合成受体组合。例如，对于一个充满抑制性髓系细胞的肿瘤，我们或许可以设计一种能将抑制信号转化为激活信号的T细胞；对于一个 冷 肿瘤，我们可以设计一种能分泌特定趋化因子、招募更多免疫细胞 战友 的T细胞。

这项研究的意义，甚至超越了肿瘤治疗的范畴。通过精确调控T细胞的命运，我们同样有潜力开发针对自身免疫病、慢性感染、甚至组织再生的新型细胞疗法。

我们正处在一个激动人心的时代。过去，我们学习和理解生命运作的 规则 ；现在，借助合成生物学的强大工具，我们开始有能力去 书写 新的规则。这项工作，正是这一伟大转变的生动写照。生命的密码并非一成不变，通过巧妙的设计和工程化的改造，我们可以扩展其固有的 字母表 ，创造出全新的 语言 ，指挥细胞去完成那些在自然进化中从未被赋予过的使命。这不仅仅是细胞工程的一次飞跃，更是我们迈向 可编程医学 新纪元的重要一步。