2026年3月18日，瑞士洛桑大学路德维希癌症研究中心 Ping-Chih Ho 教授与中国医学科学院血液病医院（中国医学科学院血液学研究所）王建祥教授、徐颖茜副研究员团队合作，在国际顶级期刊 Nature 在线发表题为 Proteasome-guided haem signaling axis contributes to T cell exhaustion 的研究论文，从线粒体质量控制的全新视角揭示了T细胞耗竭的分子机制——蛋白酶体引导的血红素信号轴调控CD8⁺T细胞耗竭的关键机制，为CAR-T疗法的优化升级提供全新靶点与转化思路。诺禾致源单细胞产品专家齐炜作为本文共同作者，深度参与从样本制备到生信分析的全流程服务支持，为研究数据可靠性打下坚实基础。

核心发现

研究发现，耗竭CD8⁺ T细胞中去极化线粒体大量积累，激活蛋白酶体活性并选择性降解线粒体血红素结合蛋白，其降解后释放的调控性血红素（RH）会破坏BACH2介导的转录调控，加剧T细胞耗竭并削弱其干细胞样特性。通过分析B细胞急性淋巴细胞白血病（B-ALL）患者的CD19⁺ CAR-T细胞，证实CAR-T细胞的蛋白酶体基因特征与治疗效果呈负相关。而在CAR-T细胞制备过程中加入蛋白酶体抑制剂硼替佐米，可有效预防T细胞耗竭，显著提升治疗效果。

全文研究思路

文章解析

CAR-T细胞疗法作为肿瘤免疫治疗的里程碑式突破，已在血液肿瘤治疗中取得了令人瞩目的成就。然而,临床实践显示,约30%的患者在接受CAR-T治疗后会出现复发或无应答。究其原因，研究人员发现T细胞在肿瘤微环境中发生的功能性耗竭是一个关键制约因素。

长期以来，T细胞耗竭的机制研究主要集中在免疫检查点通路(如PD-1/PD-L1)和表观遗传调控层面，但为何耗竭一旦发生就难以逆转，以及是否存在更深层的代谢-表观遗传联动机制？这些问题一直困扰着免疫治疗领域。

1.探索T细胞耗竭的上游触发机制

作者首先挖掘了肿瘤患者TILs单细胞测序公共数据，构建了蛋白酶体评分体系，观察到蛋白酶体评分随着T细胞耗竭程度增加而逐步升高。作者进行了体外实验验证，终末耗竭T细胞（T_TEX）的蛋白酶体活性显著升高，通过特异性报告系统验证，其仅选择性降解线粒体蛋白，对细胞质蛋白无明显影响。进一步通过CRISPR敲除E3连接酶CBLB基因后，发现线粒体蛋白降解被抑制；对含有去极化线粒体T细胞进行检测，发现其蛋白酶体活性升高、调节性血红素释放增加，且可被蛋白酶体抑制剂逆转。这些结果说明去极化线粒体通过激活CBLB依赖的蛋白酶体通路，选择性降解线粒体蛋白并释放调节性血红素，最终触发了T细胞耗竭。

图1 蛋白酶体介导的线粒体蛋白降解

2.明确血红素对T细胞耗竭的功能效应

下一个问题是游离的RH是否直接驱动T细胞耗竭表型与功能损伤呢？为此作者用血红素类似物（haemin）处理T细胞，发现其浓度依赖性抑制IFNγ、TNF等细胞因子分泌，同时上调PD-1、TIM3等耗竭标志物，降低干细胞样特征标志物表达。通过转录组和ATAC测序联合分析显示，haemin处理使T细胞基因表达呈现T_TEX表型，且影响BACH2、BLIMP1等耗竭相关转录因子活性。体内实验进一步证实，haemin处理的T细胞扩增能力下降、持续表达耗竭相关受体。以上结果说明RH是T细胞耗竭的关键驱动因子，通过重塑转录组和表观遗传，抑制T细胞功能、削弱干细胞样特性，诱导了终末耗竭。

图2 血红素加剧CD8? T细胞的终末分化

3.解析血红素调控T细胞耗竭的分子靶点

接下来作者通过交叉分析筛选，确定转录因子BACH2是RH调控T细胞耗竭的关键候选靶点。haemin处理可显著降低BACH2的表达、升高BLIMP1表达；而改造BACH2使其丧失血红素结合能力（Bach2^MUT）后，可逆转该效应。小鼠体内实验结合单细胞测序结果显示，突变组T_PEX亚群比例升高、T_EX亚群比例降低，T_PEX/T_EX比值显著提升，且不影响线粒体功能。这验证了BACH2是RH调控T细胞耗竭的核心靶点，RH结合BACH2使其降解，解除对BLIMP1的抑制，推动T细胞向耗竭状态转化。

图3 血红素通过 BACH2–BLIMP1 轴驱动终末耗竭

4.揭示血红素核转运机制及靶向治疗潜力

为了明确RH进入细胞核的关键分子，验证其靶向价值，作者通过CRISPR敲除血红素核伴侣PGRMC2，发现T细胞肿瘤浸润能力增强、细胞因子分泌增加，且BACH2表达升高、BLIMP1表达降低。小鼠模型验证显示，PGRMC2缺陷型T细胞和CAR-T细胞，均能显著抑制肿瘤生长、延长小鼠生存期。同时，PGRMC2敲除可改善T细胞线粒体功能，减少去极化线粒体积累。因此说明PGRMC2作为RH核转运的关键分子，靶向PGRMC2可阻断耗竭通路、改善线粒体功能，增强抗原特异性T细胞及CAR-T细胞抗肿瘤效应。

图4 靶向PGRMC2介导的血红素重分布可恢复T细胞抗肿瘤应答

5.临床验证与CAR-T疗法优化

最后，对6例B-ALL患者CAR-T单细胞转录组分析发现，完全康复（CR）患者以记忆样亚群为主，快速复发（RE）患者以Cytot-GZMB亚群为主，且后者蛋白酶体活性更高；公共数据库验证显示，蛋白酶体评分与CAR-T疗效负相关。低剂量硼替佐米预处理CAR-T细胞，可显著降低耗竭亚群比例，提升小鼠体内疗效。单细胞转录组和单细胞ATAC的联合分析也证实，低剂量硼替佐米预处理预处理可增加记忆样亚群、降低耗竭基因染色质可及性。作者最终建立了蛋白酶体活性与CAR-T疗效的关联，并提出优化策略，蛋白酶体活性是CAR-T疗效的关键标志物，低剂量硼替佐米预处理可通过表观遗传重编程优化CAR-T功能，减少耗竭。

图5 调节蛋白酶体活性可增强 CD19? CAR-T 细胞的治疗疗效

小诺说

在本文中，单细胞测序技术贯穿研究全程：从初始发现临床相关通路，到验证分子机制的细胞特异性，再到建立CAR-T细胞特征与临床疗效的直接关联，最后为疗法优化提供精准的分子靶点，一系列连续应用凸显了单细胞测序技术的重要地位。而它的最大价值在于能够突破细胞群体异质性的限制，定位到那颗真正发挥作用的细胞上。

例如，在解析“血红素-转录因子BACH2”调控T细胞耗竭的机制时，作者应用单细胞测序，区分BACH2突变对T细胞亚群的影响，量化了野生型和血红素结合位点突变型中的T细胞亚群组成差异。最终证明了BACH2突变阻断了T细胞向耗竭状态转化。让我们做个简单假设，若是采用传统群体测序，只能检测到BACH2相关基因的整体表达变化，无法区分“是所有T细胞都发生了功能改变，还是特定亚群的比例发生了偏移”。那么BACH2的核心作用“维持T_PEX亚群稳定、抑制其向T_EX转化”的这一结论将很难被发现。后续的验证也将变得困难。

图6j 展示了相较于野生型组（Bach2^WT），突变组（Bach2^MUT）的细胞亚型更偏向T_PEX亚群（前体耗竭态）；图3k进一步的量化表明MUT组的T_PEX亚群比例显著高于WT组，而T_EX亚群（耗竭态）比例则显著降低；图3l进一步看到Bach2^MUT 组的 T_PEX/T_EX比值大幅提升

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参考文献：

https://www.nature.com/articles/s41586-026-10250-y