Cell | 迟洪波团队揭示营养信号是影响CD8+ T细胞命运决定的关键因素

撰文 | 唐小糖

责编 | Qi

CD8+ T细胞对于病原体和肿瘤的适应性免疫反应至关重要，CD8+ T细胞免疫主要依赖于效应细胞（TEFF）和记忆细胞（TMEM）的分化，TEFF细胞分为两个不同的亚群：终末效应细胞（TE；KLRG1hi CD127lo）和记忆细胞前体（MP；KLRG1lo CD127hi）。TE细胞寿命很短，感染消退后死亡；MP细胞则会分化为长寿的TMEM细胞【1】。此外，某些KLRG1hi 细胞在感染消退后也会持续存在，失去KLRG1表达，成为TMEM细胞，这也显示出了TEFF的异质性以及TMEM的复杂调控【2】。

TMEM细胞也可根据表面标记、组织定位和功能被细分为不同的亚群。循环TMEM细胞包括中枢记忆（TCM）和效应记忆（TEM）细胞【3】。TCM细胞优先定位到次级淋巴器官，较强的增殖能力得以诱导更强的召回反应；TEM细胞则能够提供快速的保护性免疫；此外，还存在组织驻留记忆（TRM）亚群和外周记忆（TPM）亚群等细胞。目前为止，TMEM细胞的异质性及其与早期效应反应的关系仍不完全清楚。

细胞代谢调控着T细胞的激活与分化，在体外已经得到了很好的阐述，但T细胞过程中的代谢途径在体外和体内具有较大差异【4-5】，因此体内T细胞免疫的功能相关代谢途径目前还够不清楚，体内的代谢干预是否对TMEM反应有利也仍未知。

2021年2月25日，St. Jude儿童医院迟洪波团队在Cell杂志上在线发表了题为“In vivo CRISPR screening reveals nutrient signaling processes underpinning CD8+ T cell fate decisions”的研究论文，利用体内CRISPR筛选研究LCMV感染模型中TE和MP命运决定的代谢因素，发现了几种负调控TMEM反应的营养信号通路，为提高对病原体和肿瘤保护性免疫的TMEM反应提供了潜在的靶点和策略。

研究人员首先利用CRISPR系统在体内LCMV模型的CD8+ T细胞中筛选了3017个代谢相关基因，发现在MP细胞相对于TE细胞中分别有284和6个基因上调和下调，包括Pten和Foxo1等正调控TMEM的基因，以及Tet2、Acaca和PI3K家族成员等负调控基因，并用co-transfer实验确认了该系统的可行性。接着研究人员把目光放在了TMEM的负调控因子上，通过富集筛选出的7个新的调控因子中，包含两个氨基酸转运体Slc7a1和Slc38a2，功能实验双基因删除再次在体内验证了可以正调控MP的形成，Slc7a1敲除的细胞还显著降低了caspase-3+ 细胞的比例以及增加了抗凋亡蛋白Bcl2的表达，体外刺激也减少了细胞死亡。

同时，研究人员也分别在不同时间点、不同组织中确认了Slc7a1和Slc38a2对TMEM分化和功能的影响，进一步探索机制，研究人员发现在Slc7a1或Slc38a2敲除后，mTORC1活性显著降低，将Slc7a1和抑制营养介导的mTORC1通路的GATOR1复合物组分Nprl3同时敲除，则部分抑制了MP/TE的比例增加以及Slc7a1敲除引起的TMEM形成和细胞增加。以上所有结果共同表明TMEM的形成质量和持久性可以通过靶向氨基酸转运体进行重编程，部分机制是通过调控mTORC1活性实现。

免疫治疗依赖于有效的TEFF反应和T细胞的持久性，因此找到同时影响T细胞的效应器功能和寿命的分子至关重要。研究者发现糖基转移酶Pofut1敲除的细胞能够显著增加的MP/TE比值，并且能够增强TEFF细胞形成和器官中GzmB的表达水平，除此之外，IFN-γ+ TNF-α+ 细胞也显著增加；进一步研究人员检测Pofut1对TMEM细胞形成的具体影响，在35到50天，与对照组相比，Pofut1敲除的细胞在多个器官中更丰富，体外刺激后存活的能力也更强，在记忆阶段对再感染的召回反应也更强。此外，在Lm-OVA感染后1个月用OVA-B16黑色素瘤进行挑战，与对照组相比，含有Pofut1敲除的OT-I细胞的小鼠的抗肿瘤能力更好，生存率也更高。因此，以上结果表明Pofut1缺失能够同时增强TEFF细胞反应和TMEM细胞的形成和功能，在T细胞敲除的小鼠中也得到了相似的结论。进一步转录组分析，发现 Pofut1缺失促进TEFF细胞早起重编程，使之表现出时间和背景依赖性的细胞增殖和代谢激活，该结果表明终末分化TEFF细胞依赖于Pofut1，且与代谢静止的建立以及退出细胞周期相关。

研究人员随后通过分析数据库中单细胞RNA测序结果，阐述了TEFF细胞之间的细胞和代谢异质性，发现了一个终末分化的TEFF亚群TE’（KLRG1hi CXCR3lo CD127lo），以及处于中间态、较少分化状态的细胞TINT（CXCR3hi CD127lo，区别于TE’和MP细胞）。TE’与TINT细胞的分化与增殖和代谢活动的减少有关，并通过实验证明了TINT至TE’态的转变依赖于由GDP-岩藻糖生物合成、Pofut1和Notch-Rbpj信号组成的营养信号轴。最后，研究人员证明了过表达NICD激活了TE’进程，表明Notch信号的过度激活可以促进TE’程序的发展。

总的来说，研究人员利用体内CRISPRR-Cas9筛选，系统地研究了TEFF和TMEM细胞命运决定中的代谢因素，发现氨基酸转运体SLC7a1和SLC38a2，通过刺激mTORC1信号，调控TMEM反应的数量和质量，并通过整合遗传和系统方法，发现TEFF细胞之间的细胞和代谢异质性，终端效应细胞分化与代谢静止的建立和细胞周期退出有关。重要的是，Pofut1 将GDP-岩藻糖与下游Notch-Rbpj信号传导联系起来，该营养信号传导轴显著影响终端效应细胞分化。本研究确立了营养物质的摄取和信号传导是决定T细胞命运的关键因素。

原文地址：

https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.02.021

制版人：琪酱

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2. Herndler-Brandstetter, D., Ishigame, H., Shinnakasu, R., Plajer, V., Stecher,

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4. Chapman, N.M., Boothby, M.R., and Chi, H. (2020). Metabolic coordination of T cell quiescence and activation. Nat. Rev. Immunol. 20, 55–70.

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