T细胞代谢与功能的关系 | 免疫学专题

任何细胞执行其功能，以及存活下去都需要能量代谢，T细胞自然也不例外。

T细胞主要代谢通路

葡萄糖参与糖酵解和氧化磷酸化。糖酵解发生在细胞质中，将葡萄糖转化为丙酮酸(产生两个分子 ATP)，继而转化为乳酸或乙酰辅酶A （在线粒体中）。 脂肪酸代谢也会产生乙酰辅酶A。

乙酰辅酶A随后进入三羧酸(TCA)循环，并通过氧化磷酸化产生ATP。

除了葡萄糖代谢， 免疫细胞可以利用TCA循环机制，通过代谢谷氨酰胺来产生能量等。除了产生能量，各种中间分子还是合成脂质，核酸和非必需氨基酸的前体。 

T细胞激活代谢

TCR结合之后，T细胞启动合成代谢，从静息状态进入激活，增殖。线粒体生物合成，提供能量供效应T细胞。此过程中PI3k-AKT-mTORC活化， 诱导T细胞代谢重编程，从脂肪酸氧化和丙酮酸氧化转为糖酵解和谷氨酰胺分解。 并产生中间产物：核苷酸， 氨基酸和脂肪酸 。

T细胞活化后的分化，受到MYC（通过mTORC调控代谢）的调控。高表达MYC的细胞分化为效应T细胞，低表达MYC的细胞分化为记忆样T细胞。

糖酵解是T细胞活化后所需的主要代谢通路（Warburg effect：从氧化磷酸化转化为糖酵解）。T细胞增殖需要线粒体代谢，产生ATP给生物合成，信号通路，产生ROS，激活NFAT（IL-2产生的关键转录因子）等。

不同分化状态T细胞代谢

效应T细胞

naive CD4+T 细胞激活后，分化为效应T细胞亚群: TH1,TH2,TH17,TFH等，他们根据功能需要使用不同的代谢途径。mTORC依然是最主要的调节通路。

• mTORC1活性对于TH1,TH17, CD8+T分化极其重要。

• mTORC1-mTORC2活性则对TH2和TFH重要。
  

一些T细胞分化重要的调节分子，也被证实参与了代谢通路，如：ICOS（

inducible T cell co-stimulator）；GLUT1（ glucose transporter 1）；IRF4（interferon regulatory factor 4 ），BCL6。

• 葡萄糖代谢

效应T细胞需要糖酵解，GLUT1在其中有重要作用。

效应T细胞的命运受到葡萄糖代谢调控分子（HIF1α和PDH）的调节。

丙酮酸生成后（糖酵解的最后一步），丙酮酸通过乳酸脱氢酶(LDH)转化为乳酸，通过PDH转化乙酰辅酶A进入线粒体。

HIF1α调节CD4和CD8T细胞的糖代谢，同时也控制TH1和TH17细胞的分化；相反，mTORC2调节RhoA(小GTPase），是TH2分化必需的。

TH17表达ICER（inducible cAMP early repressor），上调PDK1，从而产生高水平乳酸（低水平乙酰辅酶A）。

• 氨基酸代谢

氨基酸对于蛋白质合成，核酸合成，调节mTORC1通路，T细胞应激通路都是必需的。

谷氨酰胺是一种非必需氨基酸，是循环中最丰富的氨基酸，在活化的T细胞中消耗增加。

谷氨酰胺分解途径中，谷氨酰胺被水解成谷氨酸，它被进一步代谢为α酮戊二酸（三羧酸循环的中间体，组蛋白去甲基化酶和DNA去甲基化酶的底物），促进向效应T细胞分化。谷氨酸缺乏，抑制α酮戊二酸产生，则促进向调节T细胞分化。

谷氨酰胺酶是谷氨酰胺分解途径第一个酶，被ICER诱导产生，促进TH17分化。

亮氨酸是一种必需的氨基酸，能刺激mTORC信号和T细胞的激活，影响代谢重新编程。限制亮氨酸，可以抑制TH17分化，但是不影响TH1和TH2极化

丝氨酸是一种非必需氨基酸，由酵解中间体合成，效应T细胞增殖必需。

• 脂代谢

静止的T细胞利用β-氧化分解脂肪酸成乙酰辅酶A， 进入TCA循环提供能量给细胞。T细胞激活后，则从β-氧化转为糖酵解和谷氨酰胺分解。增殖的T细胞，需要外源性的脂肪（长链和短链脂肪酸），和内源性脂肪（来自于脂肪酸合成），用于细胞膜合成，产生能量（通过TCA循环），TCR信号传递等。

脂肪代谢（尤其新脂肪的合成）对于TH17的分化非常重要。

乙酰辅酶A羧化酶1(ACC1)是内源性脂肪酸合成的重要调节因子，促进乙酰辅酶A的转化丙二酸单酰CoA；这种辅酶A衍生物阻止脂肪酸进入线粒体和促进脂肪酸链伸长，控制T细胞向TH17和Treg分化的比例，所以在自身免疫性疾病发病过程有一定作用。

饮食来源的脂肪酸，西方饮食多长链脂肪，诱导炎症，细胞向TH1和TH17分化，富含纤维饮食多短链脂肪，促进Treg分化，并维持Treg。

记忆T细胞

记忆T细胞分为三类：中枢记忆，效应记忆，组织驻留记忆。

每一个类别都有自己的代谢方案。

中枢记忆T细胞：脂肪代谢为主（脂肪酸氧化），包含内源性和外源性脂肪。

组织驻留记忆T细胞：依靠组织局部外源性脂肪。

效应记忆T细胞：AMPK调节的脂肪酸氧化，线粒体生物合成。在接受刺激之后，通过mTORC2-AKT通路和表观遗传改变，迅速切换至糖酵解，从记忆T细胞变成效应T细胞。

糖酵解活性是最佳CD8+T记忆细胞功能所必需的。感染或者应激状态下，增加的醋酸，可以促进糖酵解，对记忆T细胞向合适T细胞亚群分化很重要。

调节性T细胞

Treg主要使用脂肪酸和丙酮酸氧化（线粒体氧化），而效应T细胞使用mTORC1-AKT驱动的糖酵解。

当Treg被激活，开始增殖时，使用的是糖酵解。但是mTORC1阻止FOXP3的表达， 破坏Treg功能诱导，因而进入外周，Treg开始倾向于使用脂肪代谢维持表型。机制是，FOXP3结合MYC启动子，抑制MYC表达和MYC依赖的转录（糖酵解和谷氨酰胺分解依赖MYC）。

氨基酸代谢对于Treg不是特别重要。但是氨基酸代谢的中间产物，如色氨酸，也可以结合芳香烃受体，对于Treg功能维持有一定作用。

小编评：只是粗略的写了T细胞激活，分化，功能与代谢的关系。未完待续......

主要参考文献

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6. Amir Sharabi , George C Tsokos，T cell metabolism: new insights in systemic lupus erythematosus pathogenesis and therapy，Nat Rev Rheumatol . 2020 Feb;16(2):100-112

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