这项研究由Shohei Hori、Takashi Nomura和Shimon Sakaguchi*共同完成，作者来自日本理化研究所（RIKEN）过敏与免疫学研究中心的免疫病理学实验室以及京都大学前沿医学科学研究所实验病理学系。研究论文《Control of regulatory T cell development by the transcription factor Foxp3》于2003年2月14日发表在《Science》期刊（第299卷，第1057-1061页）。
学术背景
研究聚焦于免疫学领域的关键问题——调节性T细胞（Regulatory T cells, Treg）的发育机制。Treg细胞通过主动抑制自身反应性淋巴细胞维持免疫自我耐受，但其分子调控机制尚不明确。Foxp3是一种转录因子，此前被发现与人类和小鼠的X连锁自身免疫炎症综合征（如IPEX/XLAAD综合征和scurfy小鼠模型）相关，但其在Treg细胞中的特异性作用尚未阐明。本研究旨在揭示Foxp3是否参与Treg细胞的发育和功能调控，并探索其潜在的治疗应用价值。
研究流程与方法
1. Foxp3在Treg细胞中的表达分析
- 研究对象：BALB/c小鼠的胸腺细胞和外周淋巴细胞，按表面标志物（CD4、CD8、CD25等）分选不同亚群。
- 实验方法：
- 通过逆转录聚合酶链反应（RT-PCR）和实时定量PCR检测Foxp3 mRNA表达水平。
- 结果显示：Foxp3特异性高表达于胸腺和外周的CD25+CD4+ T细胞（天然Treg细胞），而CD25-CD4+ T细胞仅低表达。激活的效应T细胞（Th1/Th2）不表达Foxp3。
- 关键发现：Foxp3表达不受T细胞活化状态影响，提示其为Treg细胞的稳定标志物。
2. Foxp3的强制表达对初始T细胞的转化
- 实验设计：构建双顺反子逆转录病毒载体（Foxp3/MIGR1），同时表达Foxp3和绿色荧光蛋白（GFP），感染CD25-CD4+初始T细胞。
- 功能验证：
- 增殖抑制：Foxp3转导的T细胞对TCR刺激（抗CD3单抗）表现为低增殖反应。
- 细胞因子分泌：IL-2、IFN-γ、IL-4和IL-10分泌显著减少。
- 表型转化：上调Treg相关分子（CD25、CTLA-4、GITR、CD103），且表达水平与Foxp3剂量正相关。
3. Foxp3转导细胞的抑制功能验证
- 体外抑制实验：
- Foxp3转导的T细胞可抑制CD25-CD4+ responder T细胞的增殖和IL-2分泌，且抑制依赖细胞接触，不受TGF-β或IL-10中和抗体影响。
- 抗原特异性实验：OVA肽特异性DO11.10/rag-2-/- T细胞经Foxp3转导后获得抑制能力。
- 体内治疗应用：
- 在SCID小鼠炎症性肠病（IBD）和自身免疫性胃炎模型中，Foxp3转导的CD45RBhighCD4+ T细胞可有效预防疾病，效果与天然Treg细胞相当。
4. Foxp3功能缺失的影响
- 构建缺失叉头结构域（forkhead domain）的Foxp3突变体，发现其无法赋予T细胞抑制功能，证实Foxp3的结构完整性对Treg发育至关重要。
主要结果与逻辑关联
- 表达特异性：Foxp3在天然Treg细胞中特异性高表达，且不受激活状态干扰，为其作为Treg标志物奠定基础。
- 功能转化：Foxp3强制表达足以使初始T细胞获得Treg的表型和功能特性，证明其是Treg发育的“主调控基因”。
- 机制验证：抑制功能依赖细胞接触而非可溶性因子，与天然Treg的已知机制一致。
- 治疗潜力：Foxp3工程化T细胞在动物模型中展现治疗自身免疫疾病的潜力。
结论与价值
本研究首次阐明Foxp3是调控Treg细胞发育的关键转录因子，其表达可将初始T细胞转化为功能性Treg。这一发现不仅解释了IPEX/XLAAD综合征和scurfy小鼠的免疫失调机制，还为自身免疫病和移植排斥的细胞治疗提供了新策略。
研究亮点
- 创新性发现：首次将Foxp3定义为Treg细胞的“分子开关”，突破了过去依赖表面标志物（如CD25）的局限性。
- 技术方法：通过逆转录病毒转导实现T细胞表型定向转化，为免疫工程提供工具。
- 转化意义：证明Foxp3工程化T细胞的治疗潜力，推动临床应用的探索。
其他价值
研究揭示了Foxp3突变导致自身免疫病的分子机制，为遗传性免疫疾病的诊断和治疗提供靶点。此外，Foxp3作为比CD25更特异的Treg标志物，将优化免疫学研究中的细胞分选策略。