董晨院士团队：Th17的分化和致病性受体温调控丨CellPress对话科学家
发烧是一种在进化上个体面对感染性疾病时高度保守的生理反应，一般认为具有保护性的功能。此外，人们在许多自身免疫性疾病中也经常能观察到发烧的现象，但其中相关的功能和作用机制尚未有研究。
2月11日，清华大学医学院免疫学研究所董晨院士团队在Cell Press细胞出版社旗下Immunity期刊上，以 “Febrile Temperature Critically Controls the Differentiation and Pathogenicity of T Helper 17 Cells”为题，发表了发烧通过热休克反应促进SMAD4的类泛素化，选择性地增强Th17细胞的体内和体外分化，并在EAE和OVA诱导的肺炎等模型中，首次明确了发烧通过调节Th17细胞的分化和致炎能力，促进自身免疫疾病的发生发展这一致病机制。
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发烧不仅常常发生在感染、损伤和肿瘤等疾病中[1]，而且也是自身免疫性疾病中常见的一种临床症状，在许多自身免疫疾病的早期和活跃期都可观察到发烧这一现象，临床上有～20%原因不明的发烧患者被后期诊断出罹患自身免疫疾病[2][3]，这些发现提示发烧可能会影响自身免疫疾病的进程。Th17的过度反应能导致多种组织炎症和相关自身免疫疾病，具有退热特性的非甾体抗炎药物，不仅可减轻自身免疫疾病患者的炎症反应，也可有效缓解Th17为主要效应细胞的自身免疫疾病小鼠——实验性自身免疫性脑脊髓炎动物模型（EAE）——的病情[4][5][6]，进一步提示发烧与自身免疫疾病和T细胞之间存在某种联系。
首先，通过初始CD4+T细胞体外培养，以及MOG35-55多肽免疫的C57BL／6小鼠和对OVA免疫的Tcrbd-/-小鼠输入OT-II小鼠来源的T细胞构建小鼠发烧模型，董晨院士研究团队比较了正常体温37ºC和发烧温度38.5-39.5ºC时CD4+T细胞的极化，发现温度上升通过上调热休克反应相关基因，选择性地促进体外Th17细胞的分化，并能通过T细胞内在的方式调控Th17细胞在体内的分化。通过对这些Th17细胞的RNAseq测序，及差异基因分析和基因富集分析等，研究人员注意到发烧温度下产生的Th17细胞与此前发现的高致病性Th17细胞具有强相关性，并在OVA诱导的肺炎模型中具有更强的致炎能力。
有研究表明，SMAD4的缺失使T细胞在IL-6单一极化时向Th17方向分化[7]。但却不影响正常温度下Th17细胞的正常分化。而在探索发烧对Th17分化影响的过程中，研究人员发现SMAD4对温度敏感的Th17的分化中具有必要且积极的作用。由于SMAD4的核定位受其残基K113和K159类泛素化的调控，而热休克反应的一个主要后果就是细胞水平蛋白类泛素化的快速增加[8][9]。因此研究人员推测发烧时类泛素化通路影响了Th17细胞的分化。为验证上述假说，研究人员利用逆转录病毒将类泛素化残基位点突变的Smad4-K113/159R转入Smad4缺陷型的CD4+T细胞，发现使SMAD4丧失K113和K159残基类泛素化功能后，发烧温度下突变的SMAD4不能有效的进行核定位，从而无法促进Th17细胞的分化。同时，研究团队在自身免疫疾病小鼠模型EAE中的研究表明，SMAD4对于体内由发烧介导的Th17细胞的分化和相关的自身免疫反应是不可或缺的，综合分析这些Th7细胞RNAseq和SMAD4 ChIP-seq测序结果发现，研究团队发现SMAD4通过在全基因组水平上协调多数温度敏感相关基因的表达，从而促进Th17细胞的分化和致病性。
此项研究首次报道了在自身免疫性疾病中发烧对适应性免疫应答的影响，发现发烧不仅可以直接和选择性地促进Th17细胞的分化，而且在发烧温度下产生的Th17细胞更具促炎性，揭示了Th17细胞相关自身免疫疾病潜在的致病机制，也对在各种生理环境下体内和体外生成的Th17细胞之间独特转录特征表型进行了深入的阐释，提示这种调节机制可能被用来开发针对人类自身免疫疾病的药物。
Cell Press细胞出版社特别邀请论文通讯作者王小虎副研究员代表团队进行了专访，请他为大家进一步详细解读。
作者专访
Cell Press：这项研究围绕自身免疫疾病的主要效应细胞Th17展开，您和您的团队是否发现发烧对其他的非T免疫细胞有类似的影响？
王小虎副研究员：发烧对先天免疫系统的影响已经有很多研究，其一个主要功能就是直接或间接地增强或促进多种先天免疫细胞亚群的功能和迁徙能力。我们团队重点关注其在适应性免疫系统中的功能。我们的研究表明，发烧除了对Th17细胞分化有重要影响外，可能还影响其他T细胞亚群的功能，目前相关的研究正在进行中。
Cell Press：您通过急性肺炎模型和EAE模型开展本项研究，为什么选择这两个模型？可以请您详细说一说选择这两个模型的原因吗？
王小虎副研究员：我们采用急性肺炎模型，主要目的是测试体外培养条件下发烧/温度对T细胞功能的影响，这样的短期模型，可以尽可能地缩短体内环境的间接影响，有助于了解发烧温度对T细胞的直接效应。EAE模型是经典的Th17细胞相关自身免疫疾病模型，在我们确定SMAD4对温度敏感Th17细胞分化的关键作用之后，我们就可以借助该模型，检验和了解发烧到底在多大程度上影响体内Th17细胞的分化及相关炎症性疾病。
Cell Press：在您的研究中除了自身免疫疾病模型，也用了肺炎模型，您认为此项研究可对兼有发烧的非自身免疫疾病，如目前的新冠状病毒肺炎（2019-nCoV）的研究和临床治疗产生什么启发？
王小虎副研究员：发烧是感染疾病中的一种常见现象，特别是呼吸道相关的病毒性感染，包括流感、SARS病毒及这次引发武汉肺炎的新型冠状病毒。我们认为发烧在这些疾病的进程中一定扮演着重要的角色，这也是我们最初开展相关课题研究的初衷。目前我们在这方面的研究也取得了一定的结果，并正在积极申请相关的自然科学基金，希望能够得到国家和同行的大力支持。
Cell Press：在本项研究中，最困扰您和您的团队困难是什么？您和您的团队是如何攻克它们的？
王小虎副研究员：在我们发现发烧选择性地影响Th17细胞分化之后，面临的主要的问题就是要解决温度敏感Th17细胞的分化到底受哪些因子控制。热激反应的相关性是自然而然的发现，而SMAD4的发现是在董晨院士的提议下研究TGF-β下游通路的时候意外发现的。这些发现为我们了解发烧如何调控Th17细胞分化及其功能提供了重要的工具和线索。
本文参考文献（上线划动查看）
1. Pasikhova, Y., Ludlow, S., and Baluch, A. (2017). Fever in Patients WithQ14 Cancer. Cancer control: journal of the Moffitt Cancer Center 24, 193–197.
2. Limper, M., de Kruif, M.D., Duits, A.J., Brandjes, D.P., and van Gorp, E.C.(2010). The diagnostic role of procalcitonin and other biomarkers in discriminating infectious from non-infectious fever. J. Infect. 60, 409–416.
3. Shang, J., Yan, L., Du, L., Liang, L., Zhou, Q., Liang, T., Bai, L., and Tang, H.(2017). Recent trends in the distribution of causative diseases of fever of unknown origin. Wien. Klin. Wochenschr. 129, 201–207.
4. Li, P., Zheng, Y., and Chen, X. (2017). Drugs for Autoimmune InflammatoryDiseases: From Small Molecule Compounds to Anti-TNF Biologics. Front.Pharmacol. 8, 460
5. Mondal, S., Jana, M., Dasarathi, S., Roy, A., and Pahan, K. (2018). Aspirin ameliorates experimental autoimmune encephalomyelitis through interleukin-11-mediated protection of regulatory T cells. Sci. Signal. 11, eaar8278.
6. Ni, J., Shu, Y.Y., Zhu, Y.N., Fu, Y.F., Tang, W., Zhong, X.G., Wang, H., Yang,Y.F., Ren, J., Wang, M.W., and Zuo, J.P. (2007). COX-2 inhibitors ameliorateexperimental autoimmune encephalomyelitis through modulating IFN-gammaand IL-10 producti
7. Zhang, S., Takaku, M., Zou, L., Gu, A.D., Chou, W.C., Zhang, G., Wu, B., Kong,Q., Thomas, S.Y., Serody, J.S., et al. (2017). Reversing SKI-SMAD4-mediatedsuppression is essential for TH17 cell differentiation. Nature 551, 105–109.
8. Lin, X., Liang, M., Liang, Y.Y., Brunicardi, F.C., and Feng, X.H. (2003). SUMO1/Ubc9 promotes nuclear accumulation and metabolic stability of tumor suppressor Smad4. J. Biol. Chem. 278, 31043–31048.
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论文作者团队介绍
关于 董晨院士 团队
董晨院士实验室隶属清华大学免疫学研究所。董晨院士团队是一个年轻而又充满朝气的队伍，目前包括2名副研究员、18位博士研究生、16位博士后以及若干位工作人员。董晨院士是Th17细胞亚群的发现者和奠基人之一，是Th17细胞和IL-17家族白细胞介素及相关免疫和炎症疾病领域的国际学术权威；他还参与确立了Tfh细胞的独立亚群身份，长期引领相关领域的国际研究。此外，他还曾独立发现调节性Tfh细胞，并在Th2细胞分化发育及过敏性疾病、免疫耐受和肿瘤免疫等领域做出了国际一流的成果。他的发现为自身免疫疾病、过敏性疾病和肿瘤的免疫治疗提供了重要的思路。他关于Th17和Tfh细胞领域的贡献已经被写入国际经典的免疫学教科书，如Janeway’s Immunobiology。目前，董晨院士实验室的研究主要集中在T细胞与炎症和肿瘤相关的免疫学机制方面，具体包括辅助性T细胞亚群的分化发育调控机制及相关炎症性疾病、IL-17家族细胞因子在炎症和肿瘤中的功能及作用机制、免疫耐受和肿瘤免疫及治疗等方面，目的旨在通过各种组学和遗传学手段并结合多种小鼠炎症和肿瘤模型，查明T细胞相关的功能、调控和作用机理，为了解和解决相关疾病提供新的线索和解决方案。
相关论文信息
论文原文刊载于Cell Press细胞出版社旗下期刊Immunity上，点击“阅读原文”或扫描下方二维码查看论文
论文标题：
Febrile Temperature Critically Controls the Differentiation and Pathogenicity of T Helper 17 Cells
论文网址：
https://www.cell.com/immunity/fulltext/S1074-7613(20)30033-9
DOI:
https://doi.org/10.1016/j.immuni.2020.01.006
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