承載高齡疾病風險：Sestrins 對老化 T 細胞的調控

高齡族群相對容易暴露於感染與癌症發生的風險之中，因此深入探究老化過程中免疫系統的變化，將有助於發現藥物治療標靶。隨著年歲流逝，細胞發育成熟與分化後，在反覆活化與刺激下，經歷了端粒縮短、訊息傳導再調節、與生長遲滯等一系列的變化，這個轉化的過程便形塑了老化的獨特生理樣態。CD8+ T 細胞在不斷遭受外來病原體侵擾與重複增生的情況下，逐漸走向老化，這項改變也是使老年個體免疫力下降的原因之一。高度分化的 CD8+ T 細胞喪失了 CD27 與 CD28 等表面蛋白，表現出類老化（senescent-like）的特徵，細胞內外皆有與老化相關的蛋白表現，且其 T 細胞受體（T cell receptor, TCR）訊息傳導、細胞增生與成長等能力皆受損 [1]。TCR 訊息傳導透過 T 細胞表面受體，啟動下游與細胞增生、成長、分化、及產生趨化因子相關的傳訊級聯反應（signaling cascade），調節 T 細胞的發育及對外來抗原產生免疫效應的機制。

一篇 2020 年發表於 Nature Immunology 的研究 [2] 便以此為探討主軸。研究團隊提出假設，認為類老化的 T 細胞發展出有別於傳統的 TCR 訊息傳導與細胞增生機制，並藉此維持老化後的免疫功能。

團隊首先透過轉錄體分析比較分化程度不同的 CD8+ T 細胞之間基因表現情形的差異（圖一）。統計分析發現，高度分化的 T 細胞（主要為 TEMRA，細胞表面抗原標記為 CD27–CD45RA–CD8+ 或 CD27–CD28–CD8+）中，協同刺激、TCR 訊息傳導、細胞增生以及細胞週期調控等基因的表現量比初始 T 細胞（naïve T cell，TN）來得低；而編譯自然殺手細胞受體（natural killer receptor, NKR）、調控先天免疫訊息傳導、及與胞殺作用（cytotoxicity）相關的基因表現量則較高，顯示當 CD8+ T 細胞逐漸分化時，將會經歷一系列蛋白表現的變化，走向最後分化（terminal differentiation），產生胞殺特性，同時削弱細胞增生的潛能，並出現類老化的特徵。透過單細胞 RNA 定序分析（scRNA-seq），檢驗與 NK 功能和老化現象相關的生物標記，進一步驗證了類老化 T 細胞中 NKR 相關基因表現量較高，顯示類老化 T 細胞與 NK 細胞有相似的特徵（圖二）。

團隊接著測試類老化的 CD8+ T 細胞是否能不仰賴 TCR─MHC （major histocompatibility complex，主要組織相容性複合體）的交互作用執行胞殺功能。由於 K562  這一腫瘤細胞株不具有第一型 MHC，無法與 CD8+ T 細胞形成 TCR─MHC 複合體，因此若類老化 CD8+  T 細胞可執行胞殺作用，則意味著 T 細胞可以藉由其他方式清除癌細胞。利用去顆粒（degranulation） 因子 CD107a 的表現量與細胞存活率試驗進行評估，發現類老化 T 細胞針對 K562 細胞進行胞殺的能力與 NK 細胞相仿。團隊也利用 siRNA 抑制 NK 細胞活化受體 NKG2D 與其轉接蛋白（adapter protein） DAP12，確認類老化 T 細胞的胞殺功能確實由 NKG2D 與 DAP12 的表現調節。

另一方面，團隊也觀察到類老化 T 細胞在 TCR 受到刺激後的細胞增生能力減退，推論可能是 CD3─TCR 複合體的組成蛋白表現量或活化程度降低，致使 TCR 訊息傳導能力下降，由流式細胞分析發現部份蛋白的磷酸化程度降低，也注意到類老化的 T 細胞中 sestrins 蛋白的表現量較高。Sestrin（Sesn）是一種壓力感測的蛋白，會與 CD4+ T 細胞中的 AMPK 與 MAP 等激酶形成複合物，進而抑制 TCR 的訊息傳導作用 [3]。團隊發現在高度分化的效應 T 細胞（effector T cell）中，sestrin 2 與磷酸化的 Jnk 蛋白表現量均增加，且由影像分析發現這兩個蛋白會在細胞中與 NKG2D 及 DAP12 共定位（colocalize）（圖三）。進一步使用 shRNA 及藥物抑制 sestrins 的作用，確認了 sestrins 對於 NKG2D 的調節作用。

那麼 NKR 表現量增加的情形，是僅限於細胞老化的特徵，抑或是細胞受到抗原刺激的結果呢？團隊分析公開資料庫中黃熱病疫苗接種後的反應 [4]，發現個體接種疫苗後的效應 T 細胞（TE，疫苗接種後 14 天）與記憶 T 細胞（TM，疫苗接種後 4~13 年）中，許多調節胞殺作用的基因、NKR、及趨化因子受體基因的表現皆提升，而 TCR 訊息傳導相關的表現則有輕微下降的趨勢。TM 細胞具有細胞增生潛能且並無老化標記的表現，代表 NKR 表現量增加的現象不僅限於老化，也可能在效應 T 細胞暴露於病原體侵擾時發生。

為實際了解 sestrins 是否直接調節了 CD8+ T 細胞中的 NKR 表現，團隊透過野生型與 sestrin 基因剔除小鼠模式系統，分析小鼠接種甲基化牛血清白蛋白（methylated BSA, mBSA）疫苗後的延遲性過敏反應（delayed-type hypersensitivity），發現老化野生型小鼠的 NKG2D 及 DAP12 等 NKR 表現也比年輕小鼠來得高，分析其他 T 細胞亞群的 NKR 表現情形，更進一步驗證了 sestrins 專一地調控了 CD8+ T 細胞中的 NKR 表現。在事先去除小鼠體內的 NK 細胞後，團隊由靜脈注射骨髓瘤細胞，探討類老化 CD8+ T 細胞的胞殺作用，發現若老化小鼠喪失 sestrins，可強化免疫功能與發炎反應，但同時也會使老化小鼠清除腫瘤的能力受創。

綜合以上研究結果，在受到 sestrins 的誘導後，隨著初始 CD8+ T 細胞逐步分化為 CD27–CD28– 的類老化效應 T 細胞時，TCR 訊息傳導與細胞增生能力下降，但同時也使細胞中與胞殺作用相關的基因、NK 受體與其轉接蛋白等表現量上升，使得類老化的 CD8+ T 細胞具有較強的、類似 NK 細胞的胞殺功能。小鼠實驗也發現類老化 T 細胞的功能有助於調節高齡個體面對的腫瘤壓力。這項機轉或許可補償老化過程中或潛伏性病毒感染（latent viral infection）下 T 細胞長期受到刺激活化所累積的缺陷。由於 NKG2D 的訊息傳導並不具有抗原專一性，活化作用不受限於 TCR 抗原辨識的廣泛度與特異性。這些研究發現也意味著，若是暫時抑制 sestrins，或許有助於調整疫苗接種的策略，並使老化族群對於病毒感染的抗原特異反應強化。

Investigator 選文｜Senescence blurs the line between innate and adaptive immune cells
Investigator 選文｜How the ageing microenvironment influences tumour progression

參考文獻：

[1] Tarazona, R., DelaRosa, O., Alonso, C., Ostos, B., Espejo, J., Peña, J., & Solana, R. (2001). Increased expression of NK cell markers on T lymphocytes in aging and chronic activation of the immune system reflects the accumulation of effector/senescent T cells. Mechanisms of ageing and development, 121(1-3), 77-88.

[2] Pereira, B. I., De Maeyer, R. P., Covre, L. P., Nehar-Belaid, D., Lanna, A., Ward, S., … & Akbar, A. N. (2020). Sestrins induce natural killer function in senescent-like CD8+ T cells. Nature immunology, 21(6), 684-694.

[3] Lanna, A., Gomes, D. C., Muller-Durovic, B., McDonnell, T., Escors, D., Gilroy, D. W., … & Akbar, A. N. (2017). A sestrin-dependent Erk–Jnk–p38 MAPK activation complex inhibits immunity during aging. Nature immunology, 18(3), 354-363.

[4] Akondy, R. S., Fitch, M., Edupuganti, S., Yang, S., Kissick, H. T., Li, K. W., … & Ahmed, R. (2017). Origin and differentiation of human memory CD8 T cells after vaccination. Nature, 552(7685), 362-367.

撰文｜陳品萱
審稿｜黃玟瑜