CTL 杀伤肿瘤细胞涉及具体机制

CTL 杀伤肿瘤细胞涉及以下具体机制：

1. 释放细胞毒性物质

• 释放穿孔素和颗粒酶
• 当 CTL 被激活后，会释放含有穿孔素和颗粒酶的细胞毒性颗粒。穿孔素是一种能够在肿瘤细胞的细胞膜上形成孔洞的蛋白质，从而破坏细胞膜的完整性，使细胞内的物质平衡被打破。例如，在一些实验中观察到穿孔素在肿瘤细胞的细胞膜上形成短暂的 Ca²⁺流入通道，这是细胞膜损伤的一个标志。
• 颗粒酶是一种丝氨酸蛋白酶家族成员，可通过穿孔素形成的孔洞进入肿瘤细胞内部。颗粒酶进入细胞后，会直接或间接诱导多种类型的结构性损伤，包括细胞骨架降解、DNA 损伤、核纤层降解和线粒体细胞应激等。例如，颗粒酶可以激活半胱天冬酶（caspase），并对细胞内的底物进行直接蛋白水解，像分解核纤层蛋白 B、α - 微管蛋白、半胱天冬酶激活的 DNA 酶抑制剂（ICAD）等，从而诱导细胞凋亡。

2. 诱导多种细胞损伤

• 膜损伤
• CTL 通过释放穿孔素在肿瘤细胞的细胞膜上形成孔洞，导致细胞内 Ca²⁺浓度瞬间升高。虽然这种膜损伤可能本身并不直接致命，但它会引发一系列后续反应，如在一些黑色素瘤细胞中，Ca²⁺流入会触发溶酶体积累，并可能在免疫突触处进行膜插入以及对穿孔素介导的膜缺陷进行重新封闭，从而增加肿瘤细胞对 CTL 杀伤的抵抗性。不过，这种膜损伤如果与其他损伤共同作用或者多次发生，可能会导致细胞死亡。
• 核膜破裂
• CTL 攻击可通过半胱天冬酶非依赖性的方式切割核纤层蛋白（如核纤层蛋白 B）和核基质蛋白（如 NuMa），从而介导对细胞核的损伤，导致核膜破裂。核膜破裂后，细胞质中的 DNA 酶进入细胞核会造成 DNA 损伤。在一些实验中，如使用表达鸡卵清蛋白（OVA）的小鼠黑色素瘤细胞系和识别 OVA 肽的转基因 TCR T 细胞进行研究，发现 20% 的 OVA 特异性 CTL 接触会诱导核膜破裂，其中 80% 在 60 分钟内可逆，随后肿瘤细胞可能存活，但如果这种损伤与其他损伤共同积累，可能导致细胞死亡。
• DNA 损伤
• CTL 是已知的 DNA 损伤诱导因素之一。DNA 损伤会被 DNA 结合蛋白（如 RAD50 和 53BP1）感知，这些蛋白会招募修复复合物蛋白（如 ATM/ATR）来修复损伤。总体而言，40% 的抗原性 CTL - 肿瘤细胞相互作用会在细胞核中引起与 DNA 损伤相关的修复焦点，这些焦点与约 30% 的死亡概率相关；或者这些修复焦点是可逆的（数小时内），随后肿瘤细胞存活。如果 DNA 损伤不能及时修复，就会触发细胞凋亡程序。
• 氧化应激
• CTL 在肿瘤细胞中会诱导产生活性氧物质（ROS）。ROS 以及其二次产物可以通过化学修饰破坏任何细胞区室，导致细胞死亡。例如，膜脂质的过氧化会破坏细胞膜形成纳米孔，并导致内质网（ER）应激，进而引起细胞质、线粒体和细胞核功能障碍。同时，核内的 ROS 还可以干扰转录并诱导 DNA 损伤。

3. 损伤积累和协同作用

• 亚致死损伤积累
• CTL 对肿瘤细胞的杀伤不是一次性的致命打击，而是通过多次的亚致死性打击，使损伤逐渐积累。单个 CTL 接触可能造成亚致死损伤，当多个 CTL 依次与肿瘤细胞接触时，这些亚致死损伤就会积累起来。例如，在小鼠黑色素瘤模型中，单个 CTL 接触通常不能有效杀死肿瘤细胞，但多个 CTL 的连续接触会使损伤积累，最终导致肿瘤细胞死亡。
• 损伤类型协同作用
• 不同类型的损伤之间存在协同作用，共同促进肿瘤细胞死亡。例如，膜损伤可能使细胞更容易受到其他类型损伤的影响，如使颗粒酶更容易进入细胞内部造成更多损伤；ROS 诱导的损伤可以影响细胞的各个部分，与其他类型的损伤相互影响，加速细胞死亡进程；DNA 损伤如果不能及时修复，会触发细胞凋亡程序，与其他损伤共同作用导致细胞死亡。

参考文献：

Weigelin B, Friedl P. T cell-mediated additive cytotoxicity - death by multiple bullets. Trends Cancer. 2022 Dec;8(12):980-987. doi: 10.1016/j.trecan.2022.07.007. Epub 2022 Aug 11. PMID: 35965200.