组织蛋白酶L(CTSL)依赖性阳性选择塑造CD4+ T细胞克隆组成与功能适应性的关键机制

时间：2025年6月14日

来源：Nature Immunology

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本研究揭示了胸腺上皮细胞中组织蛋白酶L(CTSL)通过调控MHCII类分子-肽复合物(pMHCII)的生成，在CD4+ T细胞阳性选择中发挥双重作用：不仅决定T细胞受体(TCR)库多样性，还通过校准选择信号强度优化T细胞功能。研究人员通过条件性基因敲除模型发现，CTSL缺失导致50%克隆丢失（"本质依赖性"），而保留的克隆因选择信号减弱表现出代谢缺陷和稳态失调（"功能依赖性"），为理解胸腺选择与免疫适应性关联提供了新范式。

免疫系统的"人才选拔"难题
胸腺作为T细胞的"训练营"，通过阳性选择保留能识别自身MHC分子的T细胞，这一过程长期存在两大谜团：为何仅靠皮质胸腺上皮细胞(cTEC)就能完成选择？选择过程中如何同时保证受体库多样性且功能健全？以往研究聚焦于TCR-pMHCII相互作用强度，却忽视了肽段生成机制的决定性作用。德国慕尼黑大学Ludger Klein团队在《Nature Immunology》发表的这项研究，首次揭示了溶酶体蛋白酶CTSL通过双重机制塑造CD4⁺
T细胞库的质量控制。

关键技术方法
研究采用条件性敲除小鼠模型(Ctsl^ΔTEC
)靶向胸腺上皮细胞，结合固定TCRβ链转基因(Tcrb^Fixed
)系统进行高通量TCRα测序。通过骨髓嵌合体实验排除阴性选择干扰，利用单细胞TCR测序鉴定李斯特菌抗原特异性克隆，并建立两种TCR转基因小鼠(Lm54^Tg
/Lm6^Tg
)验证功能表型。采用流式细胞术分析选择信号标志(CD5/Nur77)和代谢活性(蛋白翻译检测)，结合RNA测序揭示基因表达差异。

主要研究结果

CTSL缺陷改变cTEC的pMHCII配体组
通过特异性抗体检测发现，CTSL缺失使cTEC表面CLIP:I-A^b
复合物增加2倍(Fig.1e)，而非CLIP配体减少40%(Fig.1f)。值得注意的是，保守配体I-A^b
:Eα_52-68
仅降低30%(Fig.1g)，暗示CTSL主要影响低丰度肽段。

阳性选择而非阴性选择缺陷
在MHCII^-/-
→Ctsl^ΔTEC
嵌合体中，CD4单阳性(CD4SP)胸腺细胞仍减少50%(Fig.1h)，且B2m^-/-
模型中TCRβ^int
CD69⁺
双阳性细胞减少至对照的50%(Fig.1j)，证实选择缺陷源于阳性选择信号不足。

克隆选择的两极分化
TCRβ^Fixed
系统显示CTSL缺失导致44.7%克隆丢失("本质依赖性")，这些克隆对库多样性贡献达20%(Fig.3g)。而新增的1,013个"外来者克隆"具有远端Trav基因偏好和异常V-J连接特征(Extended Data Fig.3d-f)。

功能适应的隐形缺陷
保留的Lm54克隆在CTSL缺失时：①选择信号减弱(CD5下调40%，Nur77减少60%)(Fig.6g)；②代谢活性降低(mTORC1信号相关基因下调)(Fig.7b)；③IL-7Rα和BCL-2表达减少导致体外存活率下降50%(Fig.7h)。在竞争性移植实验中，CTSL^ΔTEC
来源细胞占比从初始50%降至13%(Fig.7j)。

理论范式革新与实践意义
该研究突破性地提出"肽段质量"而非单纯"数量"决定选择效率：CTSL生成的"私有肽段"可能通过保守锚定残基或变构效应优化TCR-pMHCII互作。临床层面，发现CD5^lo
克隆更依赖CTSL(70%vs自然CD5^hi
克隆的43.5%丢失率)，为自身免疫病中T细胞库异常提供新解释。技术层面，建立的Lm54^Tg
模型将成为研究选择信号-功能关联的标准化工具。

这项研究将胸腺选择研究从"亲和力模型"推向"肽段转换模型"，阐明cTEC通过CTSL创造"私有肽段"的生理意义——既避免阳性/阴性选择抵消，又确保输出功能健全的T细胞。正如作者所述："CTSL不仅是库多样性的'雕刻师'，更是T细胞功能的'调音师'"。