Nature Immunology
Cathepsin L-dependent positive selection shapes clonal composition and functional fitness of CD4+ T cells

小赛推荐：

本研究揭示了组织蛋白酶L（CTSL）在胸腺发育中对CD4+ T细胞受体（TCR）库形成和功能适应性的关键作用。CTSL缺失导致TCR库多样性显著下降，并改变T细胞的信号选择强度和稳态维持能力。研究为理解CD4+ T细胞的MHCII依赖性选择机制提供了新视角。

 

文献概述
本文《Cathepsin L-dependent positive selection shapes clonal composition and functional fitness of CD4+ T cells》，发表于《Nature Immunology》杂志，回顾并总结了组织蛋白酶L（CTSL）在CD4+ T细胞受体（TCR）库塑造中的作用，以及其对T细胞功能和稳态的影响。研究通过基因编辑小鼠模型，分析CTSL缺失对TCR多样性、选择信号和功能反应的影响，发现CTSL不仅对TCR库多样性至关重要，还优化了T细胞对MHCII-抗原复合物的响应能力。

背景知识
CD4+ T细胞的发育依赖于胸腺中皮质胸腺上皮细胞（cTEC）提供的MHCII-抗原复合物进行阳性选择。组织蛋白酶L（CTSL）在cTEC中参与抗原加工和MHCII-结合肽的生成，但其在整体TCR库塑造中的作用尚不完全清楚。已有研究显示，CTSL缺失会导致CD4+ T细胞库多样性下降，且部分TCR无法通过阳性选择，形成‘克隆空缺’。然而，这些T细胞是否保留功能，以及CTSL是否通过影响选择信号强度调节T细胞反应性，仍是未解之谜。本文通过多种转基因TCR小鼠模型、高通量TCR测序和功能分析，系统评估CTSL在CD4+ T细胞选择中的角色，为免疫生物学和T细胞功能研究提供新线索。

 

基因敲除小鼠：通过基因敲除技术，使小鼠全身组织和细胞中不表达目标基因，适用于研究基因的全身功能。条件性基因敲除小鼠：利用Cre-LoxP系统实现特定组织或细胞中基因敲除，避免胚胎致死问题，适用于研究基因在特定组织或时期的生理功能。

了解更多

 

研究方法与实验
研究团队构建了Ctsl基因在胸腺上皮细胞中特异性敲除的小鼠模型（CtslΔTEC），并利用TCRβ链固定（TcrbFixed）转基因小鼠，结合高通量TCRα链测序，全面分析CD4+ T细胞TCR库的多样性变化。此外，通过LLO190–201特异性TCR转基因小鼠模型，研究阳性选择信号在CTSL缺失背景下的功能变化。研究还评估了CTSL缺失对T细胞稳态、激活响应及代谢相关基因表达的影响，采用单细胞TCR测序、流式细胞术、基因表达谱分析和竞争性细胞转移实验。

关键结论与观点

• CTSL缺失导致CD4+ T细胞库多样性显著下降，约50%的天然TCR克隆未被选择，形成‘克隆空缺’。
• 部分‘CTSL非依赖’TCR克隆在CtslΔTEC小鼠中仍能发育，但其CD5表达水平降低，表明选择信号较弱。
• CTSL缺失不影响MHCII表达，但增加了CLIP（MHCII结合片段）比例，减少了非CLIP肽段的呈现，影响TCR库选择。
• 在LLO特异性TCR模型中，CtslΔTEC小鼠的T细胞虽能发育，但激活后增殖能力显著下降，提示功能适应性受损。
• CTSL缺失的T细胞在未刺激状态下表现出代谢活性降低，包括mTORC1信号、Myc靶基因和翻译相关基因表达减少。
• CD5、CD6、PD-1和BTLA等TCR信号负调控因子在CtslΔTEC小鼠中表达减少，导致T细胞信号敏感性升高。
• CTSL缺失导致CD4+ T细胞在体内稳态维持能力下降，表现为凋亡增加、IL-7依赖性升高。

研究意义与展望
本研究明确了CTSL在CD4+ T细胞TCR库塑造中的核心作用，不仅影响TCR多样性，还调控T细胞功能适应性和稳态。未来研究可进一步探索CTSL在不同免疫微环境中的调控机制，以及其在自身免疫、感染免疫和肿瘤免疫中的潜在作用。此外，CTSL的调控可能为T细胞治疗或疫苗设计提供新的策略，有助于优化TCR库以提高免疫应答。

 

表型分析：提供标准化的小鼠表型分析服务，包括行为学、生理生化、病理学、基因与蛋白表达、代谢分析和细胞功能检测等，适用于免疫学、神经科学、疾病模型研究等多个领域。

了解更多

 

结语
本研究系统分析了组织蛋白酶L（CTSL）在CD4+ T细胞阳性选择中的功能。CTSL缺失导致胸腺cTEC中MHCII-抗原复合物呈现异常，从而影响TCR库多样性，并导致部分T细胞克隆丢失。同时，保留的T细胞在功能上表现出激活信号减弱、代谢活性降低和稳态维持受损。这些发现不仅揭示了CTSL在免疫系统发育中的关键作用，也为理解自身免疫、感染免疫及T细胞治疗提供了新的分子基础。研究结果为免疫生物学和T细胞工程提供了理论支持，有助于未来在疾病模型和免疫治疗中更精准地调控T细胞功能。

 

Elisabetta Petrozziello, Amina Sayed, João A Freitas, Stephen R Daley, and Ludger Klein. Cathepsin L-dependent positive selection shapes clonal composition and functional fitness of CD4+ T cells. Nature Immunology.