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Nature:磷脂酰乙醇胺对滤泡辅助型T细胞和体液免疫的代谢控制

2021年7月,美国圣裘德儿童研究医院的研究人员在《Nature》上发表了题为“磷脂酰乙醇胺对TFH细胞和体液免疫的代谢控制”的研究论文,揭示了磷脂代谢协调 TFH 细胞分化和体液免疫的转录后机制,突出了环境依赖性免疫信号和效应程序的代谢控制。

亮点概述:
  • ETNK1、PCYT2和SELENOI作为TFH细胞分化的选择性转录后调节因子,通过促进CXCR5 的表达和功能作用发挥作用。

  • TFH细胞表现出独特的脂质代谢程序,PE分布在质膜的外层,与CXCR5 共定位。

  • 在活化的T细胞中,Pcyt2的基因缺失会损害TFH细胞的分化,这与体液免疫反应降低有关。

研究背景:

中央碳代谢,如糖酵解,支持多个T细胞亚群的分化,但滤泡辅助型TTFH)细胞特异性代谢程序仍不清楚。TFH细胞CD4+ T细胞的一个亚群,它位于B细胞滤泡中,并提供相关的B–T细胞相互作用和细胞因子,以促进生发中心(GC)的形成,促进GC B细胞分化为记忆B细胞或浆细胞,并驱动高亲和力抗体的发展,其对于B细胞介导的体液免疫至关重要。尽管BCL6等转录因子驱动TFH细胞的分化,但尚不清楚转录后和代谢程序是否以及如何强制执行TFH细胞编程。

为了系统地鉴定介导TFH细胞发育的代谢因素,研究人员使用靶向代谢相关基因gRNA文库进行了体内CRISPR-Cas9 筛选。表达Cas9的SMARTA转基因T细胞用gRNA文库转导并转移到C57BL/6小鼠中,淋巴细胞性绒毛膜炎病毒(LCMV)株感感染7天后,共鉴定出229个在TFH(CXCR5+SLAM-)与TH1(CXCR5-SLAM+)细胞中显着改变的基因。

Etnk1(编码乙醇胺激酶1)和Pcyt2(磷酸胞苷基转移酶2)是促进PE从头生物合成的CDP-乙醇胺途径的两个关键组成部分,分别是TFH细胞正调节因子的第一和第三候选物。Etnk1或Pcyt2的缺失导致感染后第7天TFH细胞(CXCR5+SLAM-、PSGL-1-Ly6C-和CXCR5+PD-1+)数量显著减少,相比之下,TH1细胞(CXCR5SLAM+或PSGL-1+Ly6C+)增加,表明ETNK1和PCYT2是TFH细胞的选择性正调控因子。研究人员接着敲除了参与 PE 产生的其他基因:Etnk2(乙醇胺激酶2)、Seleni(乙醇胺磷酸转移酶1)和 Cept1(胆碱/乙醇胺磷酸转移酶1)。发现靶向 Selenoi 减少了TFH细胞的数量,而Etnk2或Cept1的丢失没有影响。总的来说,TFH的产生依赖于 Etnk1、Pcyt2和Selenoi,表明从头PE 生物合成在 TFH 反应中的作用。

脂质组学分析显示动态磷脂谱伴随着TFH细胞从原始T细胞分化,PE、磷脂酰胆碱(PC)和PS含量增加。PCYT2是CDP-乙醇胺途径的限速酶,因此,PCYT2缺陷的TFH细胞减少了总PE含量。此外,研究人员发现,在LCMV感染后,Pcyt2的丢失导致B细胞滤泡中的T细胞显著减少。接受Pcyt2缺陷型TFH细胞的小鼠具有显著较少的GC B细胞和浆细胞。因此,CDP-乙醇胺通路对滤泡募集和TFH细胞的功能能力至关重要。

体内CRISPR–Cas9筛选显示CDP–乙醇胺途径对TFH细胞的分化至关重要
为了建立TFH细胞分化和功能需要CDP-乙醇胺途径的基础机制,研究人员在感染后第3天分析了野生型和Pcyt2缺陷细胞的转录组。在感染后第 3 天,Etnk1、Pcyt2或Selenoi的缺失不影响各自的TFH或TH1特异性转录因子BCL6 或T-bet。尽管TFH细胞总体增加,但Pcyt2缺陷细胞中BCL6 的过表达并未恢复TFH的产生。因此,CDP-乙醇胺途径在很大程度上独立于BCL6。在感染后第2天,Pcyt2缺失降低了CXCR5+PD-1TFH细胞的出现率,这与CXCR5的表达受损有关,CXCR5的过表达在缺失Pcyt2的情况下显着纠正了TFH细胞的缺陷生成。此外,Pcyt2缺陷细胞显示向CXCL13迁移有缺陷,CXCR5激活PI3K–AKT 以促进TFH细胞的运动性,Pcyt2缺乏显着减少了体外pAKT(S473)+细胞的数量。这些数据表明 CDP-乙醇胺途径促进CXCR5表达和 CXCR5 依赖性细胞和分子事件。
CDP-乙醇胺途径独立于BCL6调节CXCR5的表达
接着,研究人员用流式细胞术和共聚焦成像发现,与TH1细胞相比,TFH细胞质膜上PE的水平显著增加。影像学分析也揭示了TFH细胞表面PE和CXCR5的共定位。这一观察结果通过高分辨率全内反射(TIRF)-随机光学重建显微镜(STORM)成像得到验证。值得注意的是,补充PE逆转了Pcyt2 缺陷细胞中受损的CXCR5+ TFH生成。为了建立CXCR5调控的机制,研究人员进行了内化分析,发现Pcyt2缺失后,CXCR5内化率加快,再循环也受损。此外,Pcyt2 缺乏会缩短CXCR5的半衰期,表明 CDP-乙醇胺途径促进了CXCR5稳定性。
PE选择性地分布在TFH膜的外层并稳定CXCR5
最后,研究人员生成了OX40CrePcyt2fl/fl小鼠以敲除激活的 CD4+T细胞中的Pcyt2。OX40CrePcyt2fl/f小鼠中PE+TFH 细胞的发生率显着降低,在GC中表现出较小的GC大小和较少的T细胞。用LCMV攻击后,OX40CrePcyt2fl/fl小鼠中的抗原特异性CD4+T 细胞没有变化。然而,抗原特异性TFH细胞数量减少,TH1 细胞相应增加GC B细胞和浆细胞的发生率也低得多。在用NP-OVA和脂多糖 (LPS) 免疫后,OX40CrePcyt2fl/fl 小鼠的TFH和GC B 细胞数量减少,NP特异性免疫球蛋白的分泌显着减少。这些数据表明,在活化的T细胞中,Pcyt2 而非Pcyt1a(介导CDP-胆碱途径)的基因缺失会损害TFH细胞的分化,这与体液免疫反应降低有关。
CDP-乙醇胺途径的基因消融破坏体液免疫
综上所述,该研究将CDP-乙醇胺途径确定为选择性代谢和转录后检查点以编程TFH细胞分化,并建立从头合成PE的信号功能,影响效应T细胞的命运。该研究证明了质膜相关的 PE,以高度调节的时间空间方式分布到 TFH的外层,而不是TH1细胞。通过揭示塑造CXCR5膜定位和稳定性的机制,有助于解决TFH细胞生物学中长期存在的问题,即如何调节 CXCR5 的动态表达。CDP-乙醇胺途径可作为调节TFH反应和体液免疫以进行疫苗接种或自身免疫的治疗靶点。
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