线粒体,糖酵解,T细胞很多年来一直是研究热点,那么究竟是什么让这篇斩获16.6呢?就跟小助手来一起学习一下思路吧!
1.细胞代谢与T细胞耗竭关系:文章通过分析疲惫T细胞亚群,揭示了其在转录、表观遗传、代谢等方面存在明显的差异,特别是与线粒体基因表达和代谢重编程之间的关系。
2.线粒体缺陷导致T细胞耗竭:通过使用线粒体不足的T细胞的基因小鼠模型,文章阐明了代谢转变足以诱导Tpex细胞中与疲劳相关的基因表达程序。
3.氧化还原平衡和ROS的作用:文章指出,线粒体下降导致葡萄糖转向有氧糖酵解,减少了NADPH的生成,引起氧化还原应激和ROS的积累。研究发现HIF-1α是一个重要的转录调控因子,促进糖酵解重编程和终末T细胞疲劳。
4.线粒体磷酸携带体(mPiC)的作用:通过对mPiC基因的消融,文章提供了遗传证据,表明线粒体呼吸受损不仅是T细胞功能障碍的结果,而且是其促使疲劳相关基因表达程序的原因。
5.HIF-1α在T细胞耗竭中的作用:文章强调了HIF-1α的作用,它被发现是促使终末T细胞疲劳的一个调节因子。这与之前的研究相符,表明HIF-1α的活性既支持T细胞的炎性功能,又加速其衰竭。
6.代谢干预策略:最后,文章提到通过调控线粒体健康和/或限制糖酵解代谢的药理和基因策略,有望为维持(或恢复)在癌症免疫疗法中的T细胞功能提供理论基础。
![](http://tiebapic.baidu.com/forum/w%3D580/sign=091eb0f0f4fb43161a1f7a7210a44642/f8e4c72ac65c103867301ef9f4119313b17e89f0.jpg?tbpicau=2024-09-19-05_2d4f41251c9b011493aa35efaeb1b68d)
题目:线粒体功能障碍通过HIF-1α介导的糖酵解重编程促使前体T细胞向终末耗竭状态过渡
杂志:nature communications
影响因子:IF=16.6
发表时间:2023年10月
研究背景
T细胞耗竭是癌症和持续感染的特征,表现为抑制性受体上调、细胞因子分泌减少和细胞溶解活性受损。终末耗竭T细胞不断由前体群体(Tpex)补充,但Tpex维持和调控其耗竭的代谢原则尚不完全清楚。该研究揭示了Tpex细胞的干性维持和功能性耗竭的分子机制,发现线粒体不足是导致T细胞功能耗竭的细胞内触发因素。
数据来源
![](http://tiebapic.baidu.com/forum/w%3D580/sign=17b1524e05a98226b8c12b2fba82b97a/e367a52c11dfa9ec7666862c24d0f703908fc1f3.jpg?tbpicau=2024-09-19-05_0eaa70be1ea5c4a901cba906b51c0dda)
研究思路
分析疲惫T细胞亚群找出差异,对差异涉及的代谢途径进行分析,构建代谢途径涉及到的单一细胞器缺陷小鼠模型,分析T细胞是否受到了影响。和野生型细胞做代谢差异性分析,找出具体代谢物。制备该代谢物表达缺失的KO细胞系,与野生型对照组DEG分析,最后在in vitro实验中验证。
主要结果
1. 富集分析和有氧呼吸相关代谢的测定
通过对慢性感染野生型(WT)小鼠进行了单细胞(sc)RNA测序确定了六个主要的疲劳T细胞亚群,计算代谢途径的基因富集分数揭示了在Tpex到最终分化T细胞之间线粒体和呼吸链基因表达的急剧下降。通过FACS分选分离了Ly108+ Tpex和Tim-3+ Tex细胞后,计算糖酵解和线粒体代谢对ATP产生的贡献时,发现Tpex细胞主要依赖于线粒体氧化磷酸化OXPHOS,而Tex细胞对有氧糖酵解的依赖性大约是其对OXPHOS的2.5倍。通过利用mito-Dendra2的绿色荧光(该蛋白的绿色荧光与线粒体的质量/体积相关),可以轻松检测到Tpex细胞的线粒体含量明显高于Tex细胞。
![](http://tiebapic.baidu.com/forum/w%3D580/sign=05af681b47e9390156028d364bec54f9/47fa6058d109b3dee5f434538abf6c81810a4cf3.jpg?tbpicau=2024-09-19-05_2f499f8a39d9914feeff4997c9c0ab7a)
图1 T细胞疲劳表现为代谢重编程
2. 生成与验证小鼠模型
为了直接探讨线粒体生物能学的作用,生成了T细胞特异性缺失编码线粒体磷酸载体(mPiC)的Slc25a3基因的小鼠。Seahorse细胞外流分析显示抗CD3/CD28激活的mPiC缺陷T细胞的基础和最大耗氧量显著降低,与较高的糖酵解活性相一致。对WT和mPiC缺陷T细胞抗原刺激后TNFα、IFNγ和IL-2的多功能表达分析。用流式细胞术分析在静息和抗CD3/CD28刺激T细胞中的凋亡情况。这些数据表明mPiC缺陷导致T细胞的表型和功能的枯竭。
![](http://tiebapic.baidu.com/forum/w%3D580/sign=92a1c274d82f07085f052a08d924b865/63bafef3d7ca7bcb1f311714f8096b63f724a8fc.jpg?tbpicau=2024-09-19-05_02b22ceb4f92749b62e3b94f2f854103)
图2 遗传抑制线粒体ATP产生促使T细胞进行糖酵母-转录重编程
3. 代谢差异性分析以及确定信号通路和转录调节因子
使用液相色谱和质谱(LC/MS)对它们的代谢组进行了分析,在mPiC缺陷的T细胞中,最下调的代谢物之一是几种糖酵解中间产物以及NADPH。GSEA分析显示mPiC缺陷与ROS通路基因表达特征(M5938)之间存在强烈的相关性,并且ROS解毒相关基因表达上调。给WT和mPiC缺陷的T细胞补充了N-乙酰半胱氨酸(NAC)可以使mPiC缺陷的T细胞中的细胞ROS水平正常化,防止了耗竭标志的表达,并恢复了它们的细胞因子产生。对WT和mPiC缺陷的T细胞基因上游的转录因子进行了KEGG通路富集分析和DEGs预测分析发现HIF-1α作为潜在调节因子,通过RNA测序分析发现HIF-1α基因的表达在WT和mPiC缺陷的T细胞中是相似的,然而通过流式细胞术分析发现HIF-1α蛋白水平在mPiC缺陷的T细胞中显著增加。以上说明了氧化应激稳定了Tpex细胞中HIF-1α蛋白水平。
![](http://tiebapic.baidu.com/forum/w%3D580/sign=1f42d6f1c48ba61edfeec827713497cc/406e73cb39dbb6fdfc11351d4f24ab18962b37fc.jpg?tbpicau=2024-09-19-05_0ec2316ce7a542c93391db0182a9fbb5)
图4 线粒体不足导致ROS介导的HIF-1α蛋白稳定化
4. HIF-1α的功能分析及在肿瘤环境下的小鼠实验
将Hif1afl/flCd4Cre小鼠与P14动物交叉,并将相等数量的WT(GFP+)和HIF-1α缺失的T细胞(tdTomato+)共同转移至慢性感染的WT宿主小鼠培养后分离供体P14 WT和HIF-1α缺失T细胞,进行FACS分选。单细胞RNA测序后通过UMAP可视化及DEG分析找出HIF-1α缺失如何影响慢性病毒感染期间终末T细胞耗竭。使用WT和HIF-1α缺失T细胞的单细胞RNA测序进行KEGG通路富集分析发现糖酵解酶的表达在HIF-1α缺失的Tpex和Tex细胞中显著下调。将1×106经过或未经过2-DG处理的抗hCD19 CAR T细胞在MC38肿瘤接种后的7天共同转移至Rag1–/–小鼠,所有这些发现表明,线粒体不足和HIF-1α介导的糖酵解代谢共同促成T细胞耗竭,而药物抑制糖酵解代谢是一种可行的代谢干预策略,可在慢性病毒感染和癌症免疫治疗期间维持T细胞的干性、长寿和功能。
![](http://tiebapic.baidu.com/forum/w%3D580/sign=59a546c73ad98d1076d40c39113fb807/18972f54564e9258a67156d5da82d158cdbf4efd.jpg?tbpicau=2024-09-19-05_e4d1cf351e1c2b4981bca26e0693aaae)
图5 HIF-1α控制病毒特异性T细胞的终末分化
图6 HIF-1α介导的糖酵解代谢促进T细胞耗竭
文章小结
这篇文章在研究大热门中脱颖而出,里面强大的逻辑推导以及实验设计帮助斩获16分+的高分。宝子们,在课题设计方面遇到任何问题,记得联系小助手哦~
1.细胞代谢与T细胞耗竭关系:文章通过分析疲惫T细胞亚群,揭示了其在转录、表观遗传、代谢等方面存在明显的差异,特别是与线粒体基因表达和代谢重编程之间的关系。
2.线粒体缺陷导致T细胞耗竭:通过使用线粒体不足的T细胞的基因小鼠模型,文章阐明了代谢转变足以诱导Tpex细胞中与疲劳相关的基因表达程序。
3.氧化还原平衡和ROS的作用:文章指出,线粒体下降导致葡萄糖转向有氧糖酵解,减少了NADPH的生成,引起氧化还原应激和ROS的积累。研究发现HIF-1α是一个重要的转录调控因子,促进糖酵解重编程和终末T细胞疲劳。
4.线粒体磷酸携带体(mPiC)的作用:通过对mPiC基因的消融,文章提供了遗传证据,表明线粒体呼吸受损不仅是T细胞功能障碍的结果,而且是其促使疲劳相关基因表达程序的原因。
5.HIF-1α在T细胞耗竭中的作用:文章强调了HIF-1α的作用,它被发现是促使终末T细胞疲劳的一个调节因子。这与之前的研究相符,表明HIF-1α的活性既支持T细胞的炎性功能,又加速其衰竭。
6.代谢干预策略:最后,文章提到通过调控线粒体健康和/或限制糖酵解代谢的药理和基因策略,有望为维持(或恢复)在癌症免疫疗法中的T细胞功能提供理论基础。
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题目:线粒体功能障碍通过HIF-1α介导的糖酵解重编程促使前体T细胞向终末耗竭状态过渡
杂志:nature communications
影响因子:IF=16.6
发表时间:2023年10月
研究背景
T细胞耗竭是癌症和持续感染的特征,表现为抑制性受体上调、细胞因子分泌减少和细胞溶解活性受损。终末耗竭T细胞不断由前体群体(Tpex)补充,但Tpex维持和调控其耗竭的代谢原则尚不完全清楚。该研究揭示了Tpex细胞的干性维持和功能性耗竭的分子机制,发现线粒体不足是导致T细胞功能耗竭的细胞内触发因素。
数据来源
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研究思路
分析疲惫T细胞亚群找出差异,对差异涉及的代谢途径进行分析,构建代谢途径涉及到的单一细胞器缺陷小鼠模型,分析T细胞是否受到了影响。和野生型细胞做代谢差异性分析,找出具体代谢物。制备该代谢物表达缺失的KO细胞系,与野生型对照组DEG分析,最后在in vitro实验中验证。
主要结果
1. 富集分析和有氧呼吸相关代谢的测定
通过对慢性感染野生型(WT)小鼠进行了单细胞(sc)RNA测序确定了六个主要的疲劳T细胞亚群,计算代谢途径的基因富集分数揭示了在Tpex到最终分化T细胞之间线粒体和呼吸链基因表达的急剧下降。通过FACS分选分离了Ly108+ Tpex和Tim-3+ Tex细胞后,计算糖酵解和线粒体代谢对ATP产生的贡献时,发现Tpex细胞主要依赖于线粒体氧化磷酸化OXPHOS,而Tex细胞对有氧糖酵解的依赖性大约是其对OXPHOS的2.5倍。通过利用mito-Dendra2的绿色荧光(该蛋白的绿色荧光与线粒体的质量/体积相关),可以轻松检测到Tpex细胞的线粒体含量明显高于Tex细胞。
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图1 T细胞疲劳表现为代谢重编程
2. 生成与验证小鼠模型
为了直接探讨线粒体生物能学的作用,生成了T细胞特异性缺失编码线粒体磷酸载体(mPiC)的Slc25a3基因的小鼠。Seahorse细胞外流分析显示抗CD3/CD28激活的mPiC缺陷T细胞的基础和最大耗氧量显著降低,与较高的糖酵解活性相一致。对WT和mPiC缺陷T细胞抗原刺激后TNFα、IFNγ和IL-2的多功能表达分析。用流式细胞术分析在静息和抗CD3/CD28刺激T细胞中的凋亡情况。这些数据表明mPiC缺陷导致T细胞的表型和功能的枯竭。
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图2 遗传抑制线粒体ATP产生促使T细胞进行糖酵母-转录重编程
3. 代谢差异性分析以及确定信号通路和转录调节因子
使用液相色谱和质谱(LC/MS)对它们的代谢组进行了分析,在mPiC缺陷的T细胞中,最下调的代谢物之一是几种糖酵解中间产物以及NADPH。GSEA分析显示mPiC缺陷与ROS通路基因表达特征(M5938)之间存在强烈的相关性,并且ROS解毒相关基因表达上调。给WT和mPiC缺陷的T细胞补充了N-乙酰半胱氨酸(NAC)可以使mPiC缺陷的T细胞中的细胞ROS水平正常化,防止了耗竭标志的表达,并恢复了它们的细胞因子产生。对WT和mPiC缺陷的T细胞基因上游的转录因子进行了KEGG通路富集分析和DEGs预测分析发现HIF-1α作为潜在调节因子,通过RNA测序分析发现HIF-1α基因的表达在WT和mPiC缺陷的T细胞中是相似的,然而通过流式细胞术分析发现HIF-1α蛋白水平在mPiC缺陷的T细胞中显著增加。以上说明了氧化应激稳定了Tpex细胞中HIF-1α蛋白水平。
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图4 线粒体不足导致ROS介导的HIF-1α蛋白稳定化
4. HIF-1α的功能分析及在肿瘤环境下的小鼠实验
将Hif1afl/flCd4Cre小鼠与P14动物交叉,并将相等数量的WT(GFP+)和HIF-1α缺失的T细胞(tdTomato+)共同转移至慢性感染的WT宿主小鼠培养后分离供体P14 WT和HIF-1α缺失T细胞,进行FACS分选。单细胞RNA测序后通过UMAP可视化及DEG分析找出HIF-1α缺失如何影响慢性病毒感染期间终末T细胞耗竭。使用WT和HIF-1α缺失T细胞的单细胞RNA测序进行KEGG通路富集分析发现糖酵解酶的表达在HIF-1α缺失的Tpex和Tex细胞中显著下调。将1×106经过或未经过2-DG处理的抗hCD19 CAR T细胞在MC38肿瘤接种后的7天共同转移至Rag1–/–小鼠,所有这些发现表明,线粒体不足和HIF-1α介导的糖酵解代谢共同促成T细胞耗竭,而药物抑制糖酵解代谢是一种可行的代谢干预策略,可在慢性病毒感染和癌症免疫治疗期间维持T细胞的干性、长寿和功能。
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图5 HIF-1α控制病毒特异性T细胞的终末分化
图6 HIF-1α介导的糖酵解代谢促进T细胞耗竭
文章小结
这篇文章在研究大热门中脱颖而出,里面强大的逻辑推导以及实验设计帮助斩获16分+的高分。宝子们,在课题设计方面遇到任何问题,记得联系小助手哦~