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 據(jù)《Word Alzheimer Report 2018》統(tǒng)計(jì)，2018年全球有近5000萬AD患者，到2050年預(yù)計(jì)將增加至1.52億人。這對(duì)全球來說是極重的醫(yī)療負(fù)擔(dān)，然而目前關(guān)于AD藥物的研發(fā)幾乎沒有任何突破性進(jìn)展。目前世界上沒有一種藥物能夠減緩或停止AD導(dǎo)致的神經(jīng)元損傷。美國FDA批準(zhǔn)了六種治療AD的藥物，卡巴拉汀、加蘭他敏、多奈哌齊、美金剛、美金剛聯(lián)合多奈哌齊和他克林。除了美金剛外，這些藥物都是通過暫時(shí)增加大腦中神經(jīng)遞質(zhì)來改善癥狀。美金剛阻止大腦中NMDA受體過度激活對(duì)神經(jīng)細(xì)胞的刺激損傷。這些藥物不能減輕AD的病理變化，也不能逆轉(zhuǎn)或減緩疾病進(jìn)程。

 據(jù)《Word Alzheimer Report 2018》統(tǒng)計(jì)，2018年全球有近5000萬AD患者，到2050年預(yù)計(jì)將增加至1.52億人。這對(duì)全球來說是極重的醫(yī)療負(fù)擔(dān)。目前，美國FDA批準(zhǔn)的六種AD治療藥物（卡巴拉汀、加蘭他敏、多奈哌齊、美金剛、美金剛聯(lián)合多奈哌齊和他克林）均為癥狀改善藥物。這些藥物既不能減輕AD的病理變化，也不能延緩疾病的病程進(jìn)展。

 9月6日，中國科學(xué)院上海藥物研究所耿美玉課題組聯(lián)合上海綠谷制藥有限公司等研究團(tuán)隊(duì)在Cell Research雜志上發(fā)表了題為Sodium oligomannate therapeutically remodels gut microbiota and suppresses gut bacterial amino acids-shaped neuroinflammation to inhibit Alzheimer’s disease progression的研究論文，研究發(fā)現(xiàn)在AD的進(jìn)程中，腸道菌群失衡導(dǎo)致外周血中苯丙氨酸和異亮氨酸的異常增加，進(jìn)而誘導(dǎo)外周促炎性Th1細(xì)胞的分化和增殖，并促進(jìn)其腦內(nèi)侵潤。侵潤入腦的Th1細(xì)胞和腦內(nèi)固有的M1型小膠質(zhì)細(xì)胞共同活化，導(dǎo)致AD相關(guān)神經(jīng)炎癥的發(fā)生。同步，該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)新型AD治療藥物GV-971通過重塑腸道菌群平衡、降低外周相關(guān)代謝產(chǎn)物苯丙氨酸/異亮氨酸的積累，減輕腦內(nèi)神經(jīng)炎癥，進(jìn)而改善認(rèn)知障礙，達(dá)到治療AD的效果。

 近年來，人們對(duì)胃腸道菌群的認(rèn)知逐漸加深，大量的研究表明胃腸道菌群與代謝性疾�。ǚ逝�、糖尿病、非酒精性脂肪肝等）、腦血管疾病、神經(jīng)精神系統(tǒng)疾病、腫瘤等有著密切的關(guān)系。目前研究證實(shí)，腸道菌群失衡與自閉癥、抑郁癥、帕金森癥、阿爾茨海默病等疾病有密切聯(lián)系【2】。

 在本研究中，作者首先確認(rèn)了在AD進(jìn)程中，腸道菌群的改變與腦內(nèi)侵潤的免疫細(xì)胞具有相關(guān)性。研究使用了常用的5XFAD轉(zhuǎn)基因小鼠（Tg）模型，他們發(fā)現(xiàn)，隨著AD病程進(jìn)展，Tg小鼠腸道菌群組成發(fā)生了顯著改變。追蹤Tg小鼠菌群結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化過程發(fā)現(xiàn)，在Tg小鼠2-3月齡時(shí)，擬桿菌門、厚壁菌門和疣微菌門豐度最高（Bacteroides 47.3%, Firmicutes 33.0% 和Verrucomicrobia 12.2%），然而到了7-9月齡時(shí)，則以厚壁菌門為主導(dǎo)（Firmicutes 62.8%）。這些結(jié)果表明隨著AD的進(jìn)展，Tg小鼠腸道菌群的組成發(fā)生了明顯的改變。

 有研究提示腸道菌群參與觸發(fā)大腦神經(jīng)炎癥【3】。因此，作者假設(shè)在AD進(jìn)程中，以上菌群變化和神經(jīng)炎癥有密切關(guān)系，并加以確證。首先，利用IBA1染色和流式細(xì)胞分析發(fā)現(xiàn)，Tg小鼠腦內(nèi)小膠質(zhì)細(xì)胞（Microglia）在2-3月齡和7-9月齡呈現(xiàn)兩種截然不同的激活狀態(tài)。在2-3月齡時(shí)，促炎的M1型和神經(jīng)保護(hù)的M2型小膠質(zhì)細(xì)胞活化都在增加，隨著疾病的進(jìn)展，促炎的M1型小膠質(zhì)細(xì)胞持續(xù)增加，并在7-9月齡時(shí)達(dá)到頂峰，然而神經(jīng)保護(hù)的M2型小膠質(zhì)細(xì)胞在3-5月齡開始下降，之后就維持在一個(gè)較低的水平。進(jìn)一步分析AD進(jìn)程中Tg小鼠腦中外周免疫細(xì)胞侵潤狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)腦內(nèi)外周侵潤的CD45high細(xì)胞比例顯著增高，并且CD4+ T細(xì)胞的兩個(gè)主要亞型Th1和Th2表現(xiàn)出和促炎的M1型、神經(jīng)保護(hù)的M2型小膠質(zhì)細(xì)胞相似的變化過程。顯然，該研究表明隨著腸道菌群的失衡，腦內(nèi)的神經(jīng)炎癥模式轉(zhuǎn)為以Th1細(xì)胞和M1型小膠質(zhì)細(xì)胞活化為主導(dǎo)。那么在AD的進(jìn)程中，腸道菌群的豐度和大腦免疫細(xì)胞的變化是否有關(guān)聯(lián)呢？作者分析發(fā)現(xiàn)在7-9月齡富集的腸道菌群與腦內(nèi)Th1和M1細(xì)胞比例呈正相關(guān)（圖1），這些結(jié)果表明，在AD的進(jìn)程中，腸道菌群變化和腦內(nèi)免疫細(xì)胞以及神經(jīng)炎癥密切相關(guān)。

 作者進(jìn)一步從正反兩個(gè)方面證實(shí)了腸道菌群是大腦免疫細(xì)胞侵潤以及小膠質(zhì)細(xì)胞激活所必需的。一方面利用抗生素處理Tg小鼠，使腸道菌群豐度顯著降低，這時(shí)腦中侵潤的Th1細(xì)胞比例和M1型小膠質(zhì)細(xì)胞的活化也明顯降低。同窩飼養(yǎng)實(shí)驗(yàn)從另一個(gè)角度證實(shí)了腸道菌群對(duì)腦內(nèi)神經(jīng)炎癥的驅(qū)動(dòng)作用。同窩的野生型（WT）小鼠由于長期暴露于Tg小鼠的糞菌中，其體內(nèi)的菌群組成更接近于Tg小鼠，使得其腦中Th1、M1細(xì)胞的比例顯著升高、細(xì)胞因子的表達(dá)譜和認(rèn)知功能也更接近于Tg小鼠。短期的糞菌移植實(shí)驗(yàn)也同樣證實(shí)，正常小鼠接受Tg小鼠糞菌后，腦中Th1細(xì)胞比例明顯增加。相反，Tg小鼠接受正常小鼠糞菌后，腦中Th1細(xì)胞比例明顯減少。這些結(jié)果都表明，在AD進(jìn)程中，腸道菌群改變可以驅(qū)動(dòng)腦內(nèi)外周免疫細(xì)胞侵潤以及神經(jīng)炎癥反應(yīng)。

 與此同時(shí)，作者驗(yàn)證了該團(tuán)隊(duì)研發(fā)的治療AD的原創(chuàng)寡糖類新藥GV-971對(duì)AD轉(zhuǎn)基因小鼠認(rèn)知功能障礙的改善作用。作者利用水迷宮和Y迷宮實(shí)驗(yàn)證實(shí)，AD模型小鼠接受GV-971治療3個(gè)月后，認(rèn)知功能障礙有明顯改善（圖2）。同時(shí)，在去年結(jié)束的為期36周、多中心、隨機(jī)、雙盲、治療輕、中度AD患者的臨床3期實(shí)驗(yàn)中，GV-971能夠明顯改善輕、中度AD患者的認(rèn)知功能障礙。

 那么GV-971的作用機(jī)制是什么呢？作者進(jìn)一步探究了GV-971是否通過影響腸道菌群進(jìn)而影響AD進(jìn)程。作者發(fā)現(xiàn)5XFAD轉(zhuǎn)基因小鼠（Tg）口服GV-971一個(gè)月后，腸道菌群的組成更接近于野生型小鼠，且腸道菌群的分布發(fā)生了明顯的雙向變化。與腸道菌群的變化一致，GV-971治療Tg小鼠后，之前腦內(nèi)免疫細(xì)胞與腸道菌群間的相關(guān)性被打破，腦內(nèi)促炎性Th1細(xì)胞比例下降，小膠質(zhì)細(xì)胞的活化水平也顯著降低，同時(shí)，腦內(nèi)多種細(xì)胞因子水平廣泛下降（圖3）。并且，GV-971的治療顯著降低了Tg小鼠腦內(nèi)Aβ斑塊沉積和Tau蛋白的磷酸化，對(duì)Tg小鼠辨別學(xué)習(xí)能力也有明顯的改善作用。這些結(jié)果表明，GV-971可以通過調(diào)節(jié)腸道菌群改善AD小鼠神經(jīng)炎癥和認(rèn)知功能障礙。

 許多研究表明腸道菌群可以通過代謝產(chǎn)物影響宿主的免疫系統(tǒng)【4】。那么，在AD的進(jìn)程中，腸道菌群是否通過代謝產(chǎn)物調(diào)節(jié)大腦神經(jīng)炎癥呢？作者發(fā)現(xiàn)Tg小鼠糞菌培養(yǎng)上清可以刺激naïve CD4+ T細(xì)胞更多地分化成促炎性Th1細(xì)胞，說明菌群產(chǎn)生的相關(guān)代謝產(chǎn)物可以調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞分化。通過非靶向代謝組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)WT、Tg和GV-971治療的Tg小鼠糞便中存在31種差異的代謝產(chǎn)物，這些代謝產(chǎn)物在Tg小鼠中與WT小鼠相比顯著升高或降低，同時(shí)這種改變?cè)?span style="font-size: 16px; font-family: "times new roman";">GV-971處理后可以明顯逆轉(zhuǎn)。通過通路富集，作者發(fā)現(xiàn)這些代謝物主要集中在一些氨基酸相關(guān)代謝通路，特別是苯丙氨酸（Phenylalanine）等相關(guān)通路。

 氨基酸可以通過特定的轉(zhuǎn)運(yùn)體被免疫細(xì)胞攝取，從而驅(qū)動(dòng)免疫細(xì)胞的分化和增殖【5】。于是作者檢測(cè)了苯丙氨酸和異亮氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)體SLC7A5的表達(dá)水平。他們發(fā)現(xiàn)在Th1細(xì)胞中存在SLC7A5表達(dá)。用13C同位素標(biāo)記苯丙氨酸表明Th1細(xì)胞能夠攝取苯丙氨酸，并且這種攝取可以被SLC7A5抑制劑阻斷。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)苯丙氨酸或異亮氨酸能刺激naïve CD4+ T細(xì)胞分化成Th1細(xì)胞，并可刺激Th1細(xì)胞的增殖。當(dāng)給WT小鼠腹腔注射苯丙氨酸或異亮氨酸時(shí)，小鼠血液中Th1細(xì)胞的比例也顯著增加。

 GV-971 處理一個(gè)月可明顯降低Tg小鼠糞便和血液樣本中苯丙氨酸和異亮氨酸的含量，并且減少苯丙氨酸或異亮氨酸所誘導(dǎo)的Th1細(xì)胞的分化，同步降低苯丙氨酸誘導(dǎo)的Th1細(xì)胞增殖。

 為了進(jìn)一步驗(yàn)證上述小鼠模型上的研究結(jié)果是否在臨床樣本上具有可重現(xiàn)性，作者又比較了輕度認(rèn)知障礙AD患者和對(duì)應(yīng)年齡段的健康人血液中苯丙氨酸、異亮氨酸和Th1免疫細(xì)胞等含量的差別，結(jié)果發(fā)現(xiàn)輕度認(rèn)知障礙AD患者Phe/Ile水平和Th1細(xì)胞含量比例較健康人均明顯升高，提示了該工作具有潛在的臨床轉(zhuǎn)化價(jià)值。

圖4. AD進(jìn)程中“腸腦軸”調(diào)節(jié)示意圖及GV-971干預(yù)策略

 綜上，在AD進(jìn)程中，伴隨Aβ的沉積以及Tau蛋白的磷酸化的發(fā)生，腸道菌群的組成發(fā)生變化，繼而導(dǎo)致代謝產(chǎn)物異常，異常的代謝產(chǎn)物刺激外周免疫炎癥，促使炎性免疫細(xì)胞Th1向大腦侵潤，引起腦內(nèi)M1型小膠質(zhì)細(xì)胞的活化，導(dǎo)致AD相關(guān)神經(jīng)炎癥的發(fā)生，最終導(dǎo)致認(rèn)知功能障礙�？诜�GV-971能夠重塑腸道菌群，降低異常代謝產(chǎn)物，阻止外周炎性免疫細(xì)胞向大腦的侵潤，抑制神經(jīng)炎癥，同時(shí)減少Aβ的沉積和Tau蛋白的磷酸化，從而改善認(rèn)知障礙，達(dá)到治療AD的目的（圖4）。

圖為中科院上海藥物所耿美玉團(tuán)隊(duì)與綠谷制藥研究院的科研人員合影

 國際著名專家美國神經(jīng)學(xué)協(xié)會(huì)主席、華盛頓大學(xué)David M. Holtzman教授等特別撰文在Cell Research 同期發(fā)表題為“The microbiome: A target for Alzheimer disease?”的亮點(diǎn)評(píng)述，全文中文翻譯如下：

 近期越來越多的研究提示腸道菌群與阿爾茨海默病（AD）發(fā)病過程關(guān)聯(lián)，但目前有關(guān)腸道菌群的改變是如何影響AD發(fā)生發(fā)展的病理過程卻知之甚少。王薪懿等人在β淀粉樣蛋白轉(zhuǎn)基因小鼠模型中研究發(fā)現(xiàn)，腸道菌群失衡促進(jìn)的外周免疫細(xì)胞侵潤與AD病理學(xué)和行為學(xué)改變密切相關(guān)。

 AD是一種神經(jīng)退行性疾病，其引起的記憶和思維能力的進(jìn)行性下降足以嚴(yán)重?cái)_亂患者的日常生活�？梢灶A(yù)見，隨著人口老齡化，如果沒有任何一款AD病程改變藥物研發(fā)成功的話，未來AD在全球的發(fā)病率將會(huì)顯著增加。非常遺憾的是，目前，針對(duì)減少大腦β淀粉樣蛋白（Aβ）沉積或中和Aβ毒性藥物的臨床研究均以失敗告終。事實(shí)上，研究證明早在AD患者出現(xiàn)認(rèn)知功能障礙之前的15-20年，其腦內(nèi)Aβ早已開始積聚，同步大腦還伴隨其它病理變化，包括tau蛋白聚集和神經(jīng)炎癥的發(fā)生。AD對(duì)公眾健康的巨大挑戰(zhàn)不斷激勵(lì)著科學(xué)家們銳意進(jìn)取、努力創(chuàng)新，探索研發(fā)可以針對(duì)AD發(fā)病機(jī)制不同方面、疾病發(fā)生不同階段的候選藥物。

 免疫系統(tǒng)在AD發(fā)病機(jī)制中具有重要作用，無論是中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)的先天性免疫，還是獲得性免疫都開始受到關(guān)注，其中外周免疫系統(tǒng)在AD發(fā)生發(fā)展中的作用正在逐步成為領(lǐng)域研究的焦點(diǎn)。一些研究表明，AD患者和AD動(dòng)物模型的大腦中存在著血液來源的白細(xì)胞（如淋巴細(xì)胞、單核細(xì)胞和中性粒細(xì)胞）。例如，在Aβ沉積的轉(zhuǎn)基因小鼠模型中，抑制調(diào)節(jié)性T細(xì)胞（Treg）可導(dǎo)致Aβ的減少。另一項(xiàng)獨(dú)立研究發(fā)現(xiàn)，包括T細(xì)胞和B細(xì)胞在內(nèi)的外周免疫細(xì)胞缺失可導(dǎo)致Aβ的沉積量增加2倍以上。這些研究均提示外周免疫系統(tǒng)與腸道菌群之間存在密切的相互作用。

 隨著微生物在人類健康中的重要性逐漸被認(rèn)可，越來越多的研究致力于探索腸道菌群失調(diào)、致病菌群定植與AD發(fā)病機(jī)制三者之間的聯(lián)系。然而，非常遺憾的是，這些聯(lián)系的具體機(jī)制目前尚不清楚。新近，發(fā)表于Cell Research的一篇文章中，王薪懿等來自中科院上海藥物所和上海綠谷制藥的研究人員睿智地在Aβ淀粉樣蛋白轉(zhuǎn)基因小鼠模型中證明了腸道菌群失衡可促進(jìn)外周免疫細(xì)胞向大腦的侵潤，進(jìn)而增強(qiáng)小膠質(zhì)細(xì)胞的活化，引起認(rèn)知功能障礙和Aβ蛋白沉積。在此基礎(chǔ)上，作者們又進(jìn)一步研究了海洋寡糖抗AD新藥GV-971對(duì)該過程的影響，GV-971剛于近期在中國完成了3期臨床研究，其對(duì)輕、中度AD患者認(rèn)知功能具有穩(wěn)健、持續(xù)的改善作用，前景良好。通過本研究，他們也證明了GV-971可通過重塑腸道菌群的平衡、減少Aβ相關(guān)病理特征、改善認(rèn)知功能障礙，為靶向腸道菌群治療AD這一新策略提供了更翔實(shí)的證據(jù)。

 作者們首先評(píng)估了Aβ淀粉樣變性小鼠模型（5xFAD轉(zhuǎn)基因小鼠）的腸道菌群特征。該模型鼠Aβ累積及聚集始于3月齡，海馬區(qū)神經(jīng)突觸的丟失及認(rèn)知功能障礙的出現(xiàn)則發(fā)生在7-9月齡。伴隨上述病理特征的變化，5xFAD小鼠的腸道菌群組成也同步發(fā)生了顯著變化，與之不同的是，同期野生型對(duì)照小鼠的腸道菌群組成則保持相對(duì)穩(wěn)定。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)7月齡時(shí)， 5xFAD模型小鼠厚壁菌門相對(duì)擬桿菌門菌群豐度的比率大幅增加。該現(xiàn)象在其他研究也有報(bào)道，它們共同支持了腸道菌群變化可伴隨Aβ沉積這一觀點(diǎn)。作者們隨后研究了腸道菌群變化影響Aβ相關(guān)發(fā)病過程的機(jī)理。他們發(fā)現(xiàn)伴隨Aβ積聚及其下游事件如神經(jīng)突觸退化和腸道菌群失衡的發(fā)生，促炎性小膠質(zhì)細(xì)胞的數(shù)量在第7個(gè)月時(shí)也同步增加。有趣的是，外周侵潤促炎T輔助細(xì)胞1（Th1）的數(shù)量也相應(yīng)增加。這些結(jié)果表明，AD相關(guān)的腸道菌群失衡可能以某種方式刺激外周免疫細(xì)胞向大腦侵潤，繼而通過加劇神經(jīng)炎癥導(dǎo)致Aβ相關(guān)的病理變化。為了進(jìn)一步驗(yàn)證上述發(fā)現(xiàn)，他們首先采用抗生素去除腸道菌群，結(jié)果發(fā)現(xiàn)5xFAD動(dòng)物模型中活化的小膠質(zhì)細(xì)胞和外周侵潤性Th1細(xì)胞的數(shù)量均相應(yīng)減少。反之，在與5xFAD小鼠同籠飼養(yǎng)的正常野生型小鼠中（可共享轉(zhuǎn)基因型小鼠的腸道菌群）或者從5xFAD動(dòng)物供體接受糞便微生物移植（FMT）的野生型小鼠中，均發(fā)現(xiàn)存在侵潤性Th1細(xì)胞增加的現(xiàn)象。

 接下來，文章作者擴(kuò)展了他們對(duì)GV-971在減輕Aβ相關(guān)病理過程和緩解認(rèn)知功能下降等方面的研究。通過使用5xFAD轉(zhuǎn)基因小鼠，作者對(duì)GV-971是否可部分通過調(diào)節(jié)腸道菌群來改善認(rèn)知障礙進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。經(jīng)口灌胃給予GV-971治療一個(gè)月后，5xFAD轉(zhuǎn)基因小鼠展示出明顯的腸道菌群組成改變，且伴隨Aβ斑塊、大腦Th1細(xì)胞比例和小膠質(zhì)細(xì)胞活化水平的減少。深入的機(jī)制研究發(fā)現(xiàn)，5xFAD轉(zhuǎn)基因小鼠的糞便和血液中苯丙氨酸和異亮氨酸（Phe/Ile）的含量和野生型小鼠相比明顯升高，且Phe/Ile能夠誘導(dǎo)Th1細(xì)胞的分化和增殖。值得注意的是，GV-971則可將5xFAD轉(zhuǎn)基因小鼠的Phe/Ile含量恢復(fù)至正常對(duì)照水平。作者進(jìn)一步比較、驗(yàn)證了輕度認(rèn)知障礙AD患者和正常年齡段的健康人，發(fā)現(xiàn)AD患者Phe/Ile水平和Th1細(xì)胞比例較正常人均明顯升高，提示了該工作具有潛在的臨床轉(zhuǎn)化價(jià)值。

 綜上所述，該研究表明腸道菌群失調(diào)可導(dǎo)致Phe/Ile升高，繼而介導(dǎo)Th1細(xì)胞的增殖/分化并向大腦侵潤（圖1），這些侵潤的Th1細(xì)胞可進(jìn)一步激活小膠質(zhì)細(xì)胞并促進(jìn)Aβ相關(guān)的病理過程。考慮到炎癥免疫變化和腸道菌群失調(diào)在其他疾病中也占很大比例（例如，多發(fā)性硬化癥中外周免疫細(xì)胞的參與、肥胖中厚壁菌門與擬桿菌的比率增加），因此目前尚不清楚該發(fā)生機(jī)制是否僅為AD所特有。另外，該研究表明重塑腸道菌群功能是GV-971的一種獨(dú)特的作用機(jī)制，但仍不能排除GV-971存在其它的作用機(jī)制。事實(shí)上，GV-971可通過直接抑制神經(jīng)炎癥或β淀粉樣蛋白纖維形成來阻止AD發(fā)病。特別值得提出的是，GV-971作用機(jī)制的闡述毫無疑問為深度理解靶向腸道菌群作為治療AD新策略提供了重要的概念支持，為抗AD復(fù)雜疾病的藥物研發(fā)提供全新干預(yù)方法。

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