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Science | T细胞为何会“疲惫不堪”?代谢与表观遗传的答案

生物探索  · 公众号  · 生物  · 2024-12-31 16:35

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然而,组蛋白乙酰化所需的乙酰辅酶A(acetyl-CoA)生成依赖于细胞代谢。功能正常的TEFF细胞倾向于通过乙酸和葡萄糖代谢产生足量的乙酰辅酶A,以维持其高效的基因表达水平。而在TEX细胞中,代谢路径发生了显著改变,乙酸代谢相关酶ACSS2的表达大幅下降,导致依赖乙酸生成的乙酰辅酶A不足。这种代谢障碍进一步削弱了表观遗传修饰的能力,使得TEX细胞更加趋向于抑制性基因表达。
此外,负责葡萄糖代谢的ACLY在TEX细胞中依然活跃,部分弥补了乙酰辅酶A的缺失,但其功能主要集中在支持耗竭终末型T细胞(TEXterm)的分化,而非维持始祖型耗竭性T细胞(TEXprog)的活力。这一代谢重编程与表观遗传调控之间的动态关系,使得TEX细胞在功能上逐渐丧失效应潜能。

ACSS2和ACLY在耗竭性T细胞(TEX)中的表达差异 (Credit: Science

ACSS2和ACLY基因表达的单细胞RNA测序分析(scRNA-seq)
图A显示,在小鼠CD8+肿瘤浸润淋巴细胞(TILs)中,通过综合分析1849个CD8+ T细胞的scRNA-seq数据(来源于GSE171194和GSE235195),发现Acss2的mRNA表达在功能性T细胞中较高,而在耗竭性T细胞中显著降低;与之相比,Acly的mRNA表达在耗竭性T细胞中维持稳定,甚至略有增加。
图B进一步验证了这一现象在人类数据中的一致性。综合分析了三个公开数据集(GSE146771, GSE99254, GSE98638)中共9043个CD8+ TILs的表达数据,同样观察到Acss2在耗竭性T细胞中表达降低,而Acly表达持续稳定。
蛋白水平的ACSS2和ACLY表达检测
图C通过Western blot分析比较了小鼠脾脏中的CD8+ T细胞与MC38肿瘤中的肿瘤浸润淋巴细胞(TILs),结果显示,ACSS2在肿瘤环境中的CD8+ TILs中表达显著低于脾脏中的功能性T细胞。
图D进一步在慢性病毒感染模型(LCMV-Armstrong和LCMV-clone 13)中探讨了ACSS2和ACLY的动态表达。结果显示,与急性感染模型(Armstrong)相比,慢性感染模型(clone 13)中P14+ CD8+ T细胞的ACSS2蛋白表达明显减少,而ACLY的表达在耗竭性T细胞中保持不变甚至有所增加。


乙酰辅酶A的秘密:营养代谢如何重塑T细胞命运?
在CD8+ T细胞的生命周期中,乙酰辅酶A(acetyl-CoA)不仅是代谢活动的核心分子,更是表观遗传调控的关键。它驱动组蛋白乙酰化这一重要修饰,从而决定染色质的开放性及特定基因的表达。研究发现,乙酰辅酶A的来源和利用方式直接影响了T细胞从效应型(TEFF)向耗竭型(TEX)分化的命运。
两种代谢酶在乙酰辅酶A的生成中扮演了截然不同的角色:ACSS2和ACLY。ACSS2专门利用乙酸(acetate)生成乙酰辅酶A,主要在功能性TEFF和TEX的始祖型细胞(TEXprog)中高度表达。ACSS2的活性不仅为这些细胞提供了维持效应基因表达的乙酰辅酶A,也通过支持组蛋白乙酰化,赋予TEXprog细胞更强的自我更新能力。这种能力使它们能够在免疫治疗中发挥关键作用。
然而,随着T细胞逐渐进入耗竭状态,ACSS2的表达显著下降,导致乙酸代谢的减少。与此相对,负责葡萄糖代谢的ACLY在终末型耗竭性T细胞(TEXterm)中依然活跃。ACLY通过将葡萄糖代谢物柠檬酸(citrate)转化为乙酰辅酶A,为这些细胞提供能量和代谢支持,但这一过程主要集中在抑制性基因表达上,限制了TEXterm细胞的功能恢复潜能。
实验数据显示,抑制ACLY或过表达核定位的ACSS2可以显著增强TEXprog细胞的比例,并提升其抗肿瘤功能。这表明,通过精准调控ACSS2和ACLY的表达或活性,能够影响T细胞的代谢选择和表观遗传状态,从而重新定义T细胞的命运路径。
这一发现不仅揭示了乙酰辅酶A在营养代谢与免疫调控中的核心作用,也为开发更高效的免疫治疗策略提供了新的突破口。

始祖与终末:耗竭性T细胞的两种命运路径
耗竭性T细胞(TEX)的功能命运可以分为两种截然不同的路径:具有自我更新能力的“始祖型”耗竭性T细胞(TEXprog)和功能基本丧失的“终末型”耗竭性T细胞(TEXterm)。这两种亚型不仅在表型和功能上各有特点,在抗肿瘤免疫中也发挥着不同的作用。
TEXprog是耗竭性T细胞中的关键“储备力量”。研究发现,这些细胞表达较低水平的抑制性受体(如PD-1)和较高水平的转录因子TCF-1。TCF-1赋予它们显著的增殖能力和应对免疫治疗的潜能。在免疫检查点抑制剂(ICB)治疗中,TEXprog能够迅速增殖并分化为效应型T细胞,为免疫系统提供持续的抗肿瘤效应。然而,TEXprog的比例有限,且在代谢和表观遗传调控不当时容易滑向终末型耗竭状态。






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