在慢性病毒感染与癌症的长期对抗中，免疫系统的核心效应细胞——CD8⁺T细胞会逐渐陷入功能衰退的"耗竭"状态，这一现象不仅削弱了机体清除病原体和肿瘤细胞的能力，更是当前免疫治疗面临的关键瓶颈。深入解析CD8⁺T细胞耗竭的调控机制，对于开发新型免疫治疗策略具有重要意义。
一、 CD8⁺T细胞耗竭的核心特征与分化进程
（一）耗竭的定义与本质
T细胞耗竭是慢性抗原刺激下（如持续性感染、癌症或自身免疫性疾病）形成的独特功能失调状态，其核心特征包括效应功能渐进性丧失、增殖能力下降以及多种抑制性受体的持续高表达。与急性感染中T细胞分化为效应细胞和记忆细胞的路径不同，慢性刺激下的CD8⁺T细胞耗竭是一个动态的分化过程，而非不可逆的终末状态，其形成由转录调控、表观遗传修饰和微环境信号共同驱动。
（二）三阶段分化连续体
CD8⁺T细胞的耗竭遵循线性分化阶段模式，各阶段在功能、表型和可逆性上存在显著差异：
1. 早期耗竭状态：以Tex祖细胞（TCF1⁺）为代表，具有干细胞样特性，增殖能力强且功能相对完整，主要定位于淋巴组织（如肿瘤引流淋巴结TDLN），该阶段的耗竭状态具有可逆性。
2. 中期耗竭状态：即中间Tex细胞（CX3CR1⁺），已获得细胞毒性功能，增殖能力进一步增强，分布于血液和外周组织，呈现部分可逆的功能特征。
3. 晚期耗竭状态：终末分化Tex细胞高表达多种抑制性受体，完全丧失效应功能，定位于肿瘤微环境和非淋巴组织，其耗竭状态不可逆。 在分化路径上，急性感染或免疫接种时，CD8⁺T细胞分化为短效效应T细胞和记忆前体T细胞，抗原清除后记忆前体转化为静息记忆T细胞；而慢性感染与癌症中，持续抗原刺激驱动CD8⁺T细胞经历"Tex祖细胞-中间Tex细胞-终末分化Tex细胞"的耗竭进程。其中，癌症环境中CD8⁺T细胞先在肿瘤引流淋巴结形成Tex祖细胞，迁移至肿瘤微环境后完成后续分化。
二、 CD8⁺T细胞耗竭的外部调控因素
CD8⁺T细胞的耗竭过程受肿瘤或感染微环境中多种外部因素的协同调控，这些因素通过细胞间相互作用、信号分子传递及代谢环境改变等方式发挥作用。
（一）抗原刺激：核心驱动因素
持续抗原暴露是T细胞耗竭的首要诱因，TCR信号强度直接决定耗竭进程：强信号会导致T细胞快速耗竭，而弱信号可保留干细胞样祖细胞群体。抗原呈递细胞（如cDC1）在淋巴组织中通过适度呈递抗原，维持Tex祖细胞的干细胞特性，避免其过度活化而加速耗竭。
（二）共刺激与共抑制分子平衡失调
1. 共抑制分子：PD1、CTLA4、LAG3、TIM3、TIGIT等共抑制分子的持续高表达是耗竭T细胞的典型标志。PD1/PDL1通路阻断可有效恢复Tex细胞功能，尤其对Tex祖细胞亚群效果显著；CTLA4通过竞争性抑制CD28信号削弱T细胞活化，其阻断剂可增强抗肿瘤免疫；LAG3、TIM3等分子在不同Tex亚群中差异化表达，联合阻断多种共抑制分子可产生协同增效作用。
2. 共刺激分子：CD28、4-1BB、CD27、ICOS等共刺激分子通过增强T细胞功能与存活能力调控耗竭进程。CD28信号强度影响Tex细胞命运，弱信号维持干细胞性，强信号促进效应分化；4-1BB可促进Tex细胞扩增与效应功能获得，CD27则增强T细胞的记忆潜力。
（三）细胞因子网络的调控作用
多种细胞因子通过复杂网络调控CD8⁺T细胞耗竭，其功能具有显著的多样性：
维持干细胞性与延缓耗竭：TGFβ维持Tex祖细胞的干细胞特性，抑制效应分化；IL-10、IL-21、IL-27等可增强T细胞效应功能与增殖能力，延缓终末耗竭；IL-33能促进Tex祖细胞的自我更新与存活。
促进效应分化与耗竭：IL-2、IL-12和I型干扰素可增强T细胞效应功能，但过量或持续刺激会导致干细胞性丢失，加速终末耗竭；IL-4虽能增强效应功能与扩增，但可降低终末耗竭程度。
（三）缺氧与代谢微环境紊乱
1. 缺氧：肿瘤微环境的缺氧状态可诱导HIF1α表达，促进表观遗传改变与腺苷积累，抑制线粒体功能，进而加速T细胞耗竭。
2. 营养竞争与代谢副产物积累：葡萄糖、氨基酸、脂质等营养物质的缺乏限制T细胞代谢与功能执行；乳酸、氨、腺苷等代谢副产物的堆积进一步抑制T细胞活性。
3. 代谢重编程异常：脂质代谢紊乱导致氧化应激与铁死亡，胆固醇代谢异常影响T细胞膜完整性；mTOR信号通路作为代谢调控核心，在T细胞分化与耗竭中发挥关键作用。
（四）其他微环境因素
神经调节系统通过儿茶酚胺、5-羟色胺、CGRP、VIP等神经递质和神经肽抑制T细胞功能；衰老个体的T细胞易出现耗竭样表型，导致免疫治疗反应不佳；实体瘤中的机械应力可激活PIEZO1通道促进T细胞耗竭；Treg细胞、MDSC等抑制性免疫细胞通过分泌抑制性因子、竞争营养等方式加剧耗竭；而三级淋巴结构则通过提供局部支持，维持Tex祖细胞并促进其适度分化。
三、 CD8⁺T细胞耗竭的细胞内调控网络
细胞外信号通过激活转录因子和表观遗传调节因子，启动并维持与T细胞耗竭相关的转录程序，形成复杂的细胞内调控网络。
（一）核心转录因子调控模块
1. 促耗竭转录因子：NFAT、NR4A家族和TOX是建立和维持耗竭表型的核心。持续抗原刺激导致NFAT过量表达，其不与AP-1复合而直接驱动耗竭基因表达和抑制性受体上调；NR4A家族（NR4A1-3）与NFAT协同重塑耗竭表观基因组，删除NR4A成员可减轻耗竭；TOX在慢性刺激下选择性上调，通过染色质重塑锁定细胞于功能障碍状态，与NR4A相互促进形成耗竭稳定环路。
2. 干细胞性维持转录因子：TCF1、BCL6、BACH2、FOXO1、ID3等在Tex祖细胞中高表达，维持其干细胞特性。TCF1对Tex祖细胞的发育和维持至关重要，是免疫检查点阻断（ICB）疗效的关键预测因子；BCL6通过抑制效应样和终末分化基因表达，维持Tex祖细胞特性，与TCF1形成正向调控环路。
3. 效应样与终末分化促进因子：BLIMP1、T-bet、ID2、BATF、IRF4等驱动Tex细胞向效应或终末状态分化。BLIMP1在效应样和终末Tex细胞中高表达，通过抑制Tcf7和Bcl6表达拮抗干细胞性，促进终末耗竭；T-bet、ID2等增强T细胞效应功能，同时加速耗竭进程；STAT3和STAT5具有情境依赖性功能，STAT3抵抗终末耗竭，STAT5促进效应分化但过度激活会导致干细胞性丢失。
4. 调控回路：TCF1-BCL6-BLIMP1构成核心调控回路，TCF1促进Bcl6表达，BCL6抑制BLIMP1编码基因Prdm1，而BLIMP1反向抑制TCF1和Bcl6表达，三者通过相互拮抗调控干细胞基因、终末分化基因和细胞毒性基因的表达平衡。
（二）表观遗传调控机制
T细胞耗竭伴随染色质可及性、DNA甲基化、组蛋白修饰和三维基因组结构的显著改变，形成稳定的表观遗传"记忆"。
1. DNA甲基化：DNMT3A介导的DNA甲基化促进终末耗竭，限制ICB治疗后的T细胞功能恢复。
2. 染色质重塑复合物：cBAF（经典BAF复合物）促进Tex祖细胞向效应样和终末分化，抑制干细胞性；PBAF复合物通过调控TCF1结合位点的染色质可及性，维持Tex祖细胞静止状态，防止过度分化。
3. 表观遗传特征：Tex细胞中耗竭相关基因（如Pdcd1）的染色质可及性增加，而效应功能基因（如Ifng）的可及性降低，这种表观遗传重塑进一步稳定了耗竭表型。
四、 科研展望
CD8⁺T细胞耗竭作为免疫治疗的核心瓶颈，其研究已从基础机制探索迈入临床转化关键期——但肿瘤微环境精准靶向、表观遗传“记忆”破除、个体化治疗方案制定等核心难题，既为科研攻关划定了重点，更催生了技术转化与合作的广阔机遇。 当单细胞测序、CRISPR筛选、表观遗传编辑等前沿技术加速迭代，我们对耗竭调控网络的解析已实现从“全景认知”到“精准定位”的跨越。靶向NR4A、DNMT3A抑制通路或强化c-Jun、BATF过表达等分子干预策略，已在CAR-T/TCR-T疗效增强中展现明确潜力；而“外部微环境调控+细胞内分子靶向”的联合方案，更成为打破耗竭僵局、突破免疫治疗瓶颈的核心方向，为慢性感染与癌症治疗开辟全新路径。 未来，多组学技术与临床数据的深度整合，将成为解析耗竭关键调控节点、开发高特异性治疗手段的核心支撑——这不仅是从“逆转耗竭”到“预防耗竭”的治疗升级，更是科研与产业协同创新的黄金赛道。LabEx依托覆盖单细胞测序、空间多组学、流式检测、蛋白芯片等30+技术平台的一站式服务能力，可为全球科研团队、药企提供从机制验证、标志物筛选到临床前研究的全链条支持，以严谨高效的技术服务赋能转化研究，共同推动免疫治疗领域的颠覆性突破，让基础科研成果更快落地为临床解决方案！
参考文献：Sun, Q., Dong, C. Regulators of CD8+ T cell exhaustion. Nat Rev Immunol (2025). https://doi.org/10.1038/s41577-025-01221-x
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