T细胞简述
T细胞作为机体免疫系统中的中流砥柱，种类众多，跨越适应性免疫(αβT细胞)和天然免疫(γδT细胞)。而一般我们常说的在抗感染/肿瘤免疫中起主要作用的都是αβT细胞，因此后面如果没有特殊声明均是指这一类T细胞。
T细胞还可以进一步根据CD4和CD8分子的表达分为CD4+ T细胞和CD8+ T细胞，分别对人体MHCⅡ类分子所提呈的抗原和MHCⅠ类分子所提呈的抗原进行识别，这两种T细胞也因此在人体中承担着不同的角色。
T细胞这两种不同功能的分化方向是在中枢免疫器官--胸腺中就完成的，并且经过严密的调控机制维持机体内这两种T细胞的平衡。胸腺中新产生的双阳性（SP）T细胞如果识别MHCⅡ类分子就会朝着CD4 T细胞的方向分化，这个过程主要受转录因子ThPOK调控，而Runx3会调控识别MHCⅠ类分子的T细胞朝着CD8 T细胞方向分化，并且这两个转录因子的作用是相互拮抗的。
如果把人体看作是世上最精密的机器，那么机体给这两种T细胞不同的角色分配是有原因的。长期以来，CD8+ T细胞被认为是具有强大的直接杀伤作用（CTL）的细胞；而CD4+ T细胞一直被认为承担着辅助性作用，如Treg是一种具有很强抑制功能的免疫细胞，和很多自然规律一样，机体也需要一个平衡的免疫系统来维持健康的身体状况。任何一方打破平衡均会引起相应的疾病：免疫功能太强会引起各种自身免疫病，而免疫抑制会促使肿瘤生长。
CD4 CTL的逆袭之路
虽然细胞毒活性通常存在于CD8+ T细胞中，但不断有许多细胞毒CD4+ T细胞的案例被不断发现。在1996年发表的一项研究中，作者发现在CD8+ T细胞耗尽后，短期体外混合淋巴细胞培养的CD4+ T细胞具有很强的抗原特异性的细胞毒活性。这种CD4+ CTL能够裂解Fas+和Fas-靶细胞，并且可以在缺乏Fas配体的小鼠中发育成熟，这些CD4+ CTL的细胞毒活性并不依赖于Fas-Fas配体相互作用。然而，以类似方式从穿孔素敲除小鼠中获得的CD4+细胞，对胞靶细胞裂解作用明显降低，这表明它们的细胞毒活性主要依赖于穿孔素的机制。Fas-Fas配体通路已被证明在维持外周耐受性方面很重要，但在抵御病毒和细菌病原体方面作用甚微。因此，利用穿孔素的CD4+ CTL群体的存在再次强调了这些细胞在抵御外来病原体的经典防御作用中可能的重要性，除了它们已经暗示的作为免疫反应调节剂的作用。
随着对CD4+ T细胞的研究不断深入，研究者发现ThPOK作为CD4+ T细胞谱系命运的主要调控因子，其可以通过对抗Runx3在胸腺细胞的发育中驱动Th细胞的命运。ThPOK继续抑制成熟MHC II类限制性CD4 +T细胞中runx3控制的细胞毒性程序。而CD4+ T细胞成熟后，ThPOK又可以通过抑制自身的locus来控制其自身的表达。抑制Thpok后，Thpok转录终止，Thpok表达缺失后可重新激活Runx3控制的CTL基因表达程序。
CD4 CTL的功能特征
一项肠道黏膜的研究显示，大多数肠上皮内CD4+ T细胞表达低水平的ThPOK，而Runx3表达较高。这些CD4+ T细胞失去了向Th17亚群的分化和诱导结肠炎的潜能，从而避免了肠道中炎症反应的过度激活。因此，Runx3不仅干预了ThPOK表达并且抑制Th17方向的分化。此外，Runx3还诱导了编码T-bet的Tbx21 mRNA的表达水平增加。这种转录因子与Eomes一起，控制CTL细胞的效应功能。特别是体外实验已证明，仅引入Eomes就足以将完全分化的Th细胞的逆转化为CD4+ CTL细胞。Eomes的异位表达导致Th辅助功能的关键分子--CD154(即CD40配体)表达水平降低,而引起穿孔素和Fas配体(FasL)的表达上调。
如上图所示，CD4+ CTL中常见的标志物还包括CD57和NK受体，如杀伤免疫球蛋白样受体CD158j、KARAP/DAP12(杀伤细胞活化受体相关蛋白)。此外，CD4+ CTL还可以表达凝集素受体NKG2D(但没有NK/NKT特异性标记CD16、CD56和CD161)，以及脱颗粒标记CD107a (LAMP-1)。主要表达在活化的CD8+ T细胞和NK/NKT细胞上的另一个典型的标志物:细胞毒性相关、MHC I类限制性的T细胞相关分子CRTAM，在一小部分CD4+ CTL细胞中也可观察到。在黏膜组织和炎症部位观察到CRTAM+CD4+ T细胞的特殊群体，可能代表CD4+ CTL的前体细胞。既然CD4+ CTL表达如此多的具有细胞杀伤作用的分子，然而它具有什么样的功能还有待进一步研究。
今年发表在medRxiv预印刊上的一项研究表明，COVID-19患者肺部中的CD4+ CTL细胞显著扩增。常规情况下，我们认为发挥主要病毒杀伤，清除病毒作用的是CD8 T细胞，而目前较多的研究表明在重症COVID-19患者中的支气管肺泡灌洗和血液中CD8+ T细胞已经消耗殆尽，但尚未在肺实质中系统地研究CD4+ T细胞。这项研究表明，肺中CD4 CTL数量随着疾病的严重程度和进展而增加，伴随着肺上皮细胞和内皮细胞HLA-DR广泛表达，上皮细胞凋亡增加和组织重塑。基于肺环境中再激活的定量证据，CD4+ CTL与CD8 T细胞一样可能发挥重要的病毒清除作用，并可能在严重COVID-19的患者中导致肺部炎症，并最终导致肺纤维化。
CD4 CTL强大的抗肿瘤能力
PD-1免疫治疗在较多的肿瘤类型中都取得较好的应答反应，但在膀胱癌中PD-1的疗效并不显著，而且目前缺少对介导膀胱癌排斥反应的特定T细胞亚群的研究。2020年发表在Cell上的一项研究，通过对7例患者的30,604个T细胞进行单细胞RNA和配对T细胞受体(TCR)测序分析，综合评估了来自人膀胱癌和非恶性组织中浸润的T细胞。作者发现，与非恶性组织相比，肿瘤中CD8+ T细胞的状态和结构差异并不明显。相比之下，CD4+ T细胞的单细胞分析呈现出多种肿瘤特异性的状态，包括具有多种不同状态的Treg。
令人惊喜的是，作者还发现了多种细胞毒性CD4+ T细胞在应答较好的膀胱癌患者中存在显著扩增。这些CD4+ T细胞能够以MHC Ⅱ类依赖的方式杀死自肿瘤细胞，其功能仍可被Treg抑制。此外，肿瘤中CD4+ CTL细胞的基因特征能够较好的预测244例接受抗PD-L1治疗的转移性膀胱癌患者的应答反应。
紧接着今年发表在SCIENCE ADVANCES的一项研究，同样发现在黑色素瘤患者中存在CD4+ CTL这群细胞，而且这群细胞可以通过特异性识别肿瘤抗原达到清除肿瘤的作用。研究者发现，虽然肿瘤浸润的CD4 T细胞的比例相对于CD8+ T细胞少，但是却在肿瘤免疫中发挥着重要的作用，特别是CD4+ CTL可以以MHC Ⅱ类依赖的方式特异性识别肿瘤细胞来行驶直接杀伤作用。此外，这个过程不同于CD8+ CTL的调控机制，CD4+ CTL拥有自己特异的信号通路，其中SLAMF7基因可作为调节CD4+ CTL浸润的重要功能分子。
CD4 CTL研究展望
CD4+ CTL的研究目前正在如火如荼的进行中，通过深入揭示这类细胞的功能将有利于我们将这类细胞运用于抵抗各种疾病中，特别是肿瘤治疗。相对于CD+ 8T细胞，CD4+ CTL可以更精准的识别肿瘤抗原，而且具有较强的抵制抑制性免疫细胞的潜能，利用好这类细胞的特点将会为肿瘤患者的临床治疗提供新的治疗方案。
