在对抗癌症和病原体的免疫战争中，CD8+T细胞是当之无愧的主力军。当初始CD8+T细胞遭遇其特异性抗原后，会启动一个精密调控的程序，包括剧烈的克隆性增殖和分化，最终产生能够杀伤靶细胞的效应T细胞。这个过程对于病原体清除和肿瘤控制至关重要。然而，在肿瘤微环境（Tumor Microenvironment, TME）中，CD8+T细胞常常会陷入“衰竭”状态，其杀伤能力和增殖潜力大打折扣。尽管免疫检查点阻断、过继性T细胞疗法等免疫疗法取得了显著成功，但如何让T细胞变得更强大、更持久，仍是科学家们努力的方向。
一个有趣的现象是，临床上广泛使用的细胞周期抑制性化疗药物，如羟基脲，其主要目的是通过阻断肿瘤细胞的增殖来杀伤肿瘤。但越来越多的证据表明，它们的临床疗效往往也依赖于效应CD8+T细胞的活性。这就引出了一个核心科学问题：当CD8+T细胞的增殖和分化过程因为细胞周期被人为暂停而“解偶联”时，T细胞内部会发生怎样的编程变化？这种变化是有利还是不利？
发表于《自然·免疫学》的这项研究，正是对这一问题进行了深入探索。研究人员发现，人为地、短暂地按下CD8+T细胞增殖的“暂停键”，非但不会削弱其功能，反而会将其“改造”成一个能量储备充足、蓄势待发的“超级战士”。当解除阻滞后，这些T细胞会展现出比正常增殖的T细胞更强大的扩增能力和效应功能。
为了揭示这一现象背后的机制，研究团队设计了一套精巧的实验体系。他们使用抗CD3和抗CD28抗体在体外模拟抗原刺激，激活人或小鼠的CD8+T细胞。在激活后，一组细胞允许正常增殖，另一组则使用不同细胞周期抑制剂将其阻滞在特定时相。这些抑制剂包括将细胞阻滞在S期的羟基脲，抑制G2/M期转换的RO-3306，以及阻止G1/S期转换的帕博西利等。在阻滞一段时间后，通过洗脱抑制剂，使细胞从阻滞中释放，恢复细胞周期进程。
结果发现，与持续增殖的细胞相比，经历过短暂周期阻滞的CD8+T细胞在释放后，增殖速度显著加快，细胞分裂指数更高。更重要的是，这些细胞的效应功能也增强了，颗粒酶B等效应分子的表达水平更高。这种效应并非某个特定药物的特性，也非针对细胞周期某个特定时相，而是细胞周期短暂阻滞的一个普遍结果。
研究人员进一步探究了其内在机制。转录组学分析显示，周期阻滞的细胞其代谢相关基因表达谱发生了显著改变。与静止或持续增殖的细胞相比，被阻滞的细胞虽然不分裂，但其糖代谢和胆固醇合成相关的基因表达已经上调。这意味着细胞在“等待”期间，已经开始积极“囤积粮草”。代谢组学分析证实了这一点：周期阻滞的细胞内的葡萄糖、谷氨酰胺等营养物质的水平确实升高了。特别值得注意的是，细胞将摄入的葡萄糖大量合成为糖原储存起来。与此同时，细胞表面负责摄取葡萄糖的转运蛋白GLUT1，以及糖酵解过程中的关键酶，如丙酮酸激酶等的表达量也增加了。当解除阻滞后，这些细胞能迅速利用储存的糖原，并高效进行糖酵解，为爆发式的增殖提供能量。除了糖代谢，胆固醇合成通路的关键酶FDFT1的表达也在阻滞期间上调，为细胞分裂所需的膜质合成做好了准备。
除了代谢 reprogramming，细胞因子信号也扮演了关键角色。研究发现，在细胞周期阻滞期间，CD8+T细胞自身产生白细胞介素-2的能力显著增强。IL-2通过自分泌或旁分泌方式，与细胞表面的高亲和力IL-2受体结合，激活下游的STAT5信号通路。利用IL-2基因敲除的T细胞或中和抗体阻断IL-2信号，均能显著削弱细胞在释放后的增殖优势，证明IL-2是此过程的重要驱动力。尤为重要的是，研究发现从周期阻滞中释放的CD8+T细胞，其增殖对mTORC1信号通路的依赖性降低，表明存在替代性的增殖驱动机制。
那么，这种体外发现的“先抑后扬”策略，在真实的抗肿瘤免疫场景中是否同样有效？研究人员在多种小鼠肿瘤模型中进行了验证。在治疗性疫苗接种模型中，在接种后给予短暂的羟基脲处理，虽然初期抗原特异性CD8+T细胞反应有所降低，但峰值反应远超未处理组，表明细胞周期阻滞为T细胞后续的强力扩张做好了准备。在过继性T细胞治疗模型中，将经过体外羟基脲预处理（即经历短暂周期阻滞）的OT-I细胞（识别卵清蛋白的模型T细胞）回输给荷瘤小鼠，相比回输未经处理的OT-I细胞，能更有效地控制肿瘤生长，甚至实现肿瘤完全消退。更重要的是，将短暂的细胞周期抑制与抗PD-L1免疫检查点阻断疗法联合使用，在MC-38结直肠癌模型中展现了协同抗肿瘤效果，比单药治疗更能抑制肿瘤生长并延长小鼠生存期。
为了探索临床转化的可能性，研究人员还分析了来自一项乳腺癌新辅助临床试验的样本。结果发现，在接受CDK4/6抑制剂瑞博西利间歇性治疗的患者肿瘤样本中，CD8+T细胞表达GLUT1的比例相较于基线水平有所增加，这提示在患者体内，细胞周期抑制剂同样可能引发了CD8+T细胞的代谢改变。
本研究的关键技术方法主要包括：利用羟基脲等多种细胞周期抑制剂在体外和体内建立CD8+T细胞周期短暂阻滞与释放模型；通过流式细胞术结合细胞追踪染料分析细胞增殖与分化状态；采用RNA测序进行转录组分析和基因集富集分析，揭示信号通路变化；利用质谱技术进行代谢物组和磷酸化蛋白质组学分析，阐明代谢重编程和信号激活；使用IL-2报告基因小鼠、条件性基因敲除小鼠及信号通路抑制剂进行功能验证；并在MC-38、EG7-OVA、TC-1等多种小鼠肿瘤模型以及来自NEOLBC临床试验的乳腺癌患者样本中评估治疗效应。
增强的CD8+T细胞增殖 after temporal cell cycle inhibition
研究人员通过建立精简的实验体系，使用不同细胞周期抑制剂，证实了短暂细胞周期阻滞后，CD8+T细胞在释放后展现出比持续增殖细胞更强的增殖能力。这种增强的增殖伴随效应分子如颗粒酶B的上调，且在小鼠体内疫苗接种模型中得到验证，表明周期阻滞程序化了CD8+T细胞用于快速增殖的能力。
Altered metabolism and differentiation during cell cycle arrest
转录组和代谢组学分析表明，周期阻滞诱导了CD8+T细胞的转录重塑。代谢相关通路，特别是糖酵解和胆固醇生物合成，在阻滞期间即被激活，并在释放后进一步增强。关键的葡萄糖转运蛋白和代谢酶表达上调，细胞积累了糖原等营养物质。
Arrested CD8+T cells stockpile nutrients and increase glycolysis
代谢分析直接证实了周期阻滞的CD8+T细胞摄取了更多的葡萄糖并将其储存为糖原，同时糖酵解关键酶表达增加。释放后，细胞迅速消耗糖原，糖酵解活性达到峰值。抑制糖原分解或葡萄糖摄取会损害增殖，证明这种代谢 preconditioning 对增强的增殖至关重要。
CD8+T cell proliferation after cell cycle inhibition is partially mTOR independent
磷酸化蛋白质组学分析揭示了释放的细胞中MAPK-c-MYC等信号通路激活。然而，功能实验表明，从周期阻滞中释放的CD8+T细胞的增殖对mTORC1信号的依赖性显著低于持续增殖的细胞，提示存在替代性增殖驱动机制。
IL-2-mediated cell cycle progression after cell cycle arrest
研究发现周期阻滞期间CD8+T细胞自身产生IL-2的能力增强，IL-2受体CD25表达上调，导致STAT5信号通路激活。通过中和抗体、基因敲除或抑制剂阻断IL-2信号，可显著抑制释放后的增殖优势，证明IL-2在此过程中发挥核心作用。
Temporal cell cycle blockade improves immunotherapy
最后，研究在多种体内模型证明了短暂细胞周期阻滞的治疗潜力。在过继T细胞治疗、免疫检查点阻断联合治疗以及治疗性疫苗接种模型中，临时阻滞CD8+T细胞的细胞周期均能显著增强其抗肿瘤效果，导致更好的肿瘤控制和生存期延长。临床样本分析也提示类似代谢变化可能存在于患者中。
本研究系统阐述了短暂细胞周期抑制如何通过代谢重编程和增强IL-2信号，赋予CD8+T细胞更强大的效应功能。它揭示了一种未被充分认识的免疫调节层，即增殖暂停本身可以作为一种内在的“赋能”信号。这不仅深化了对T细胞生物学的理解，更重要的是为改善现有癌症免疫疗法提供了新思路。通过将细胞周期抑制剂与免疫疗法进行时序上的巧妙组合，有望突破当前疗效瓶颈，为患者带来新的希望。
