崔換天 蔡雨孜 王 麗 樊亞東 張翟軼 褚曉倩

(天津中醫(yī)藥大學(xué),天津301600)

調(diào)節(jié)性T 細(xì)胞(T regulatory cell，Treg)與輔助性T細(xì)胞Th17(T helper17 cells,Th17)均屬于CD4+T細(xì)胞亞群，Treg表達(dá)CD25和轉(zhuǎn)錄因子Foxp3，分泌IL-10誘導(dǎo)和維持機(jī)體的免疫耐受，在人體自身免疫平衡中扮演重要角色。Th17表達(dá)RORγT與IL-17，其分泌的IL-17可通過獲得性免疫與先天性免疫系統(tǒng)聯(lián)合的方式來促進(jìn)機(jī)體免疫應(yīng)答。Treg 和Th17細(xì)胞的動(dòng)態(tài)平衡是維持免疫穩(wěn)定的重要機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)，Treg 和Th17細(xì)胞調(diào)控關(guān)系的失衡與炎癥[1]，腫瘤及自身免疫疾病密切相關(guān)[2,3]。炎癥和自身免疫疾病患者出現(xiàn)Treg比例減少、并出現(xiàn)功能紊亂或調(diào)節(jié)缺陷，而Th17分化增加，從而引起一系列的免疫反應(yīng)[1]。而腫瘤患者外周血中的Treg/Th17比例升高，進(jìn)而誘發(fā)腫瘤的增殖與逃逸[2]。近些年，越來越多的研究表明Treg與Th17具有不同的代謝方式， mTOR信號(hào)通路、AMPK信號(hào)通路及一些小分子蛋白可通過調(diào)節(jié)細(xì)胞代謝影響Treg/Th17平衡。本文就細(xì)胞代謝及其調(diào)控機(jī)制與Treg/Th17平衡的相互關(guān)系作一綜述。

1 Treg與Th17的代謝特點(diǎn)

初始T細(xì)胞(naive T cells)代謝較為緩慢，主要通過三羧酸循環(huán)獲取ATP，當(dāng)naive T cells 經(jīng)TCR、共刺激分子/共抑制分子或細(xì)胞因子誘導(dǎo)分化為Th17或Treg，其細(xì)胞代謝方式開始發(fā)生變化，Th17與Treg對(duì)三大營養(yǎng)物質(zhì)糖類、脂類及氨基酸的代謝需求也不同[3，4]。

1.1Treg/Th17糖類代謝特點(diǎn) 與Treg 相比，Th17中丙酮酸、乳酸及磷酸戊糖代謝途徑中間產(chǎn)物含量較高，而Treg中三羧酸循環(huán)代謝途徑中間產(chǎn)物含量較高，說明Th17主要通過糖酵解和谷氨酰胺氧化獲取能量，而Treg更依賴于丙酮酸的氧化作用[5]。naive T cell經(jīng)IL-17誘導(dǎo)成為Th17細(xì)胞后其糖酵解過程顯著增加[6]。有人用己糖激酶抑制劑2-DG干預(yù)初始T細(xì)胞(naive T cells)去抑制其糖酵解過程，發(fā)現(xiàn)抑制糖酵解過程后naive T cells不可分化為Th17[6]。相比Th17，Treg糖酵解過程較弱，Treg中Foxp3可抑制Akt進(jìn)而限制表達(dá)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體1(Glucose transporter 1,Glut1)表達(dá)[7-9]。也有研究表明，葡糖激酶(Glucokinase,GCK)依賴的糖酵解過程可促進(jìn)細(xì)胞骨架重塑影響Treg遷移[10]。提示Treg同樣需要一定程度的糖酵解發(fā)揮相應(yīng)功能。

1.2Treg/Th17脂類代謝特點(diǎn) 脂肪酸氧化為Treg獲取能量的重要途徑之一，與Th17細(xì)胞相比，Treg中乙酰肉堿C2及C4-OH含量增多，基因水平上同樣脂肪酸氧化相關(guān)基因CPT1A及ETC在Treg表達(dá)顯著高于Th17[5]。naive T cell 經(jīng)β脂肪酸氧化抑制劑乙莫克舍(etomoxir)處理后不能分化為Treg[9]。

1.3Treg/Th17氨基酸代謝特點(diǎn) Treg與Th17中天冬氨酸含量較其他氨基酸明顯增多，說明天冬氨酸在Treg與Th17代謝中具有重要的作用[11]。此外，精氨酸通過陽離子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白4(Cationic transporters 4,CATI-4)進(jìn)入T細(xì)胞并在精氨酸酶1及一氧化氮合成酶2的作用下被細(xì)胞代謝，維持Treg細(xì)胞功能[12,13]。亮氨酸和谷氨酸通過其轉(zhuǎn)運(yùn)體LAT1和ASCT2進(jìn)入細(xì)胞，亮氨酸和谷氨酸可促進(jìn)naive T cell 向Th17細(xì)胞分化[14]。缺乏亮氨酸及谷氨酸的環(huán)境時(shí)naive T cell 更易分化為Treg，且Treg分化不需要LAT1及ASCT2[15,16]。色氨酸也可作為芳香烴受體的配體參與Th17細(xì)胞分化[17,18]。

2 細(xì)胞代謝相關(guān)通路對(duì)Treg/Th17平衡的影響

2.1mTOR通路對(duì)Treg/Th17平衡的影響 哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin,mTOR) 在細(xì)胞中以復(fù)合物形式存在，包括哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白復(fù)合物1(mammalian target of rapamycin complex 1,mTORC1)和哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白復(fù)合物2(mammalian target of rapamycin complex 2 ,mTORC2)，是連接免疫細(xì)胞代謝與其他信號(hào)通路的中間分子[19]。其中mTORC1為雷帕霉素敏感性受體，在T細(xì)胞中，TCR、共刺激分子及細(xì)胞因子通過蛋白激酶B(Protein kinase B,Akt)激活mTORC1調(diào)節(jié)T細(xì)胞糖酵解、脂代謝、蛋白合成等代謝過程，進(jìn)而影響T細(xì)胞的分化及功能[20，21]。相反mTORC2可激活A(yù)Kt，參與細(xì)胞骨架合成及細(xì)胞生長等過程[22-24]。

2.1.1mTOR信號(hào)通路對(duì)Treg分化及功能的影響 傳統(tǒng)研究認(rèn)為mTOR可抑制Treg的分化與增殖[25-29]。抑制或敲除mTOR后，T細(xì)胞可分化為Foxp3+T細(xì)胞[25,27]。也有研究表明，抑制mTORC1的活性后T細(xì)胞不能向Treg分化[25]，提示mTORC1同樣為Treg分化所必需。進(jìn)一步研究表明， mTORC1在Treg中的磷酸化程度比naive T cell高，S6和4E-BP為其磷酸化位點(diǎn)[8]。對(duì)mTORC1中組分raptor特異性敲除以抑制mTORC1活性后，小鼠能自發(fā)性出現(xiàn)炎癥類疾病。將正常小鼠的Treg回輸給結(jié)腸炎模型小鼠可緩解結(jié)腸炎，而將raptor敲除小鼠的Treg回輸給結(jié)腸炎模型小鼠不能緩解結(jié)腸炎，說明敲除raptor引起mTORC1功能缺失后， Treg的免疫抑制功能也會(huì)出現(xiàn)缺陷[8]。

此外，Akt可激活mTORC1從而抑制Treg分化[8，26]。Akt-mTORC1通路也可經(jīng)神經(jīng)胺1磷酸鹽受體1(Phingosine 1-phosphate receptor type 1，S1P1)激活，進(jìn)而抑制Treg分化[28，29]。naive T cell中同源性磷酸酶(Phosphatase and tensin homolog,PTEN)激活后可抑制Akt-mTORC1通路促進(jìn)Treg分化[30]。缺失PTEN的Treg中mTORC2活性升高，并出現(xiàn)細(xì)胞功能缺失[31，32]。

2.1.2mTOR信號(hào)通路對(duì)Th17分化及功能的影響 mTORC1通過作用于缺氧誘導(dǎo)因子1α(Hypoxia inducible factor 1α， HIF1)促進(jìn)Th17細(xì)胞分化[33]。H1F1可激活并調(diào)節(jié)丙酮酸脫氫酶(Pyruvate dehydrogenase kinase,PDK)活性抑制丙酮酸進(jìn)入三羧酸循環(huán)，從而促進(jìn)細(xì)胞糖酵解過程[34]。mTORC1也可通過GTP酶Rheb調(diào)控Th17分化。Rheb敲除小鼠不易引發(fā)腦脊髓炎，且Rheb敲除小鼠的T細(xì)胞不能分化為Th17細(xì)胞而可分化為Th2細(xì)胞。mTORC2與mTORC1在T細(xì)胞分化調(diào)節(jié)中起到了不同的作用，抑制mTORC2后T細(xì)胞不能像Th2細(xì)胞分化，但可向Th1及Th17細(xì)胞分化[35]。

此外，Akt可激活 mTORC1，促進(jìn)naive T cell向Th1、Th2及Th17細(xì)胞分化[21,34,35]。又有研究表明，適當(dāng)時(shí)間的缺氧后復(fù)氧最適宜Th17細(xì)胞分化及發(fā)揮功能，缺氧環(huán)境可誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)mTOR及H1F1表達(dá)，為細(xì)胞儲(chǔ)存HIF1并促進(jìn)Th17細(xì)胞分化，復(fù)氧后更有利于Th17產(chǎn)生IL-17發(fā)揮其功能，這一現(xiàn)象可解釋炎癥環(huán)境下Th17在缺氧淋巴組織增殖后，進(jìn)入含氧量豐富的外周組織產(chǎn)生大量細(xì)胞因子的現(xiàn)象[36]。然而長期缺氧會(huì)使細(xì)胞表達(dá)DNA損傷轉(zhuǎn)錄誘導(dǎo)因子4(DNA-damage-inducible transcript 4,DDIT4)，DDIT4可抑制mTOR表達(dá)進(jìn)而抑制Th17細(xì)胞分化[3]。初始T細(xì)胞過表達(dá)DDIT4及其相關(guān)長鏈非編碼RNA lncDDIT4 后，向Th17細(xì)胞分化能力減弱[37]。

2.2AMPK通路對(duì)Treg/Th17平衡的影響 AMP蛋白激酶(AMP-activated protein kinase)是一個(gè)高度保守的三聚體由一個(gè)α催化基團(tuán)和兩個(gè)調(diào)節(jié)亞基(β和γ)組成。細(xì)胞處于能量匱乏或缺氧狀態(tài)下，細(xì)胞內(nèi)的ATP含量降低，AMP含量升高，增多的AMP與AMPK的γ亞基上crystathionine-β-synthase(CBS)區(qū)域大量結(jié)合，進(jìn)而抑制α催化基團(tuán)上蘇氨酸的脫磷酸作用，使AMPK磷酸化并激活[38]。激活的AMPK通過抑制細(xì)胞合成代謝，促進(jìn)分解代謝，為細(xì)胞儲(chǔ)存[39]。

AMPK可抑制細(xì)胞糖酵解過程促進(jìn)Treg分化[40]。AMPK 同樣可通過調(diào)控脂肪酸合成及氧化過程中ACC1、ACC2、CPT1等關(guān)鍵酶活性抑制Treg內(nèi)脂肪酸合成，促進(jìn)其脂肪酸氧化[40-42]。此外，肝激酶B1(Liver kinase B1,LKB1)可通過AMPK調(diào)節(jié)Treg存活及功能， LKB1敲除小鼠體內(nèi)Treg數(shù)量及功能缺失引發(fā)嚴(yán)重的自身免疫性疾病，Treg缺乏LKB1后線粒體功能，氧化磷酸化反應(yīng)及ATP產(chǎn)生減少[43,44]。

2.3小分子蛋白對(duì)Treg/Th17平衡的影響 還有一些小分子蛋白可通過調(diào)節(jié)細(xì)胞代謝，影響Treg/Th17平衡。Treg中Foxp3可改變Treg代謝方式，抑制糖酵解，促進(jìn)細(xì)胞氧化磷酸化及NAD氧化，這使Treg更加適應(yīng)低糖高乳酸的環(huán)境[45]。雌激素受體α(Estrogen-related receptor alpha,ERRα)可促進(jìn)細(xì)胞線粒體ROS活性促進(jìn)Th17細(xì)胞分化，ERRα敲除小鼠體內(nèi)Th17明顯減少[46]。此外，ERRα拮抗劑XCT790可增強(qiáng)細(xì)胞脂肪酸氧化抑制葡萄糖代謝促進(jìn)Treg分化[47]。肝臟x受體(liver x receptors, LXRs)可與SREBP-1c結(jié)合抑制細(xì)胞膽固醇合成， LXRs激動(dòng)劑T0901317可緩解小鼠腦脊髓炎并抑制其體內(nèi)Th17分化[48,49]，相反LXRs抑制劑GSK2033可促進(jìn)Th17細(xì)胞分化[50]。

3 展望

隨著研究的深入， Treg/Th17代謝的改變與免疫疾病密切相關(guān)。在系統(tǒng)性紅斑狼瘡患者中，mTORC1及mTORC2活性升高，IL-21可上調(diào)mTORC1及mTORC2活性從而減弱Treg的自噬，分化及功能[51]。雷公藤紅素可下調(diào)Th17細(xì)胞mTOR、H1F1表達(dá)，促進(jìn)Treg脂肪酸氧化調(diào)節(jié)Treg/Th17平衡緩解炎癥及自身免疫性疾病[52]。Nedd4泛素連接酶E3家族激活劑(Ndfip1)可抑制Treg糖酵解及mTORC1活性緩解自身免疫性疾病[53]。研究Treg和Th17代謝及其相關(guān)調(diào)控機(jī)制有助于進(jìn)一步了解Treg/Th17紊亂疾病的發(fā)病機(jī)制，為治療Treg/Th17平衡紊亂相關(guān)疾病提供新的治療靶點(diǎn)。