细胞外三磷酸腺苷(eATP)是一种公认的危险信号和免疫激活剂,直接或间接参与T细胞的活化、分化及功能。然而,T细胞自身如何释放ATP及其效应仍鲜有研究。
2025年12月19日,清华大学陈立功和王小虎共同通讯在Science Advances在线发表题为VNUT-mediated ATP release suppresses T helper 1 (TH1) cell differentiation via the P2X7R-JNK-FOXO3a-Eomes signaling cascade的研究论文。该研究发现,囊泡核苷酸转运体(VNUT)——对囊泡ATP的储存与释放至关重要——在TH1细胞中高表达,并选择性限制其分化与效应功能。
机制上,VNUT促进T细胞受体激活后溶酶体对ATP的摄取及其向细胞外的释放。该eATP随后激活嘌呤能受体P2X7R及其下游的SRC激酶,引发一系列信号级联反应,包括增强的钙离子内流以及JNK与FOXO3a的过度磷酸化,最终损害TH1细胞中由Eomes介导的干扰素-γ(IFN-γ)产生。
遗传或药理学抑制VNUT能显著增强TH1细胞针对李斯特菌感染和移植瘤的效应功能。这些发现确立了VNUT是限制TH1免疫应答的一个关键检查点,它通过P2X7R-JNK-FOXO3a-Eomes轴将囊泡ATP转运与转录调控相偶联,为治疗感染和癌症提供了潜在靶点。
溶质载体家族17成员9(SLC17A9)是一种囊泡核苷酸转运蛋白(VNUT),在将三磷酸腺苷(ATP)转运至溶酶体和分泌囊泡等细胞内囊泡的过程中起着关键作用。作为SLC17家族的一员,VNUT对于ATP的储存和调控性释放至关重要。ATP不仅是一种通用的能量货币,也是多种生理过程中的关键信号分子。ATP转运和信号传导的失调与一系列疾病相关,包括癌症、代谢紊乱和免疫功能障碍。尽管其重要性不言而喻,但VNUT在免疫细胞,特别是T细胞功能中的作用仍知之甚少。
CD4+T细胞,即辅助性T细胞(TH细胞),是适应性免疫应答的核心,通过分泌细胞因子并与其他免疫细胞相互作用来协调免疫反应。在CD4+T细胞亚群中,TH1细胞通过产生促炎细胞因子,特别是干扰素-γ(IFN-γ),在抵抗细胞内病原体中发挥关键作用。IFN-γ能增强巨噬细胞活化、促进抗原呈递并支持细胞毒性T细胞的发育。然而,TH1应答失调与多种自身免疫性疾病、癌症及感染性疾病相关,这凸显了需要精确的调控机制来控制TH1细胞的分化与功能。
FOXO转录因子,包括FOXO1和FOXO3,是T细胞分化与功能的关键调节因子。已知FOXO1通过直接结合Ifng基因的启动子区域并抑制其表达来抑制TH1细胞分化。此外,FOXO1促进调节性T细胞(Treg细胞)的生成,并抑制滤泡辅助性T细胞和TH17细胞的分化。另一方面,FOXO3a已被证明可通过上调对TH1细胞功能至关重要的转录因子Eomesodermin(Eomes)的表达,来促进致病性TH细胞的分化。尽管已有这些认识,但FOXO3a在T细胞中,特别是响应T细胞受体(TCR)信号传导的分子调控机制仍未完全阐明。
Vnut缺乏加速李斯特菌的消除并限制移植肿瘤的生长(图片源自Science Advances)
Eomes是一种对免疫细胞发育和功能至关重要的T-box转录因子。最初因其在胚胎发育中的作用而被发现,Eomes在免疫细胞中高度表达,包括CD8+细胞毒性T细胞、自然杀伤(NK)细胞以及一部分CD4+T细胞。它调控与细胞毒性(如颗粒酶B和穿孔素)、细胞因子产生(如IFN-γ)以及细胞存活相关的基因。尽管其在CD8+T细胞和NK细胞中的功能已得到充分表征,但新出现的证据强调了其在调节CD4+T细胞可塑性、分化和功能方面的重要性。Eomes与T-bet(另一种T-box因子)协同作用,驱动TH1细胞极化和IFN-γ的产生。
先前的研究已确定细胞外ATP(eATP)是一种核心的早期危险信号和先天免疫系统的有效激活剂,参与多种免疫应答和致病过程,包括感染、炎症和癌症。除了在先天免疫中的作用外,越来越多的证据也强调eATP是T细胞的激活剂。例如,TCR刺激可触发eATP的快速释放,而这种eATP释放通过促进钙内流和白细胞介素-2(IL-2)的产生,直接有助于T细胞活化。
此外,微生物来源的eATP通过驱动CD70hiCD11clo固有层细胞分泌倾向于TH17的细胞因子,促进肠道TH17细胞的诱导。更有报道称,eATP主要通过作用于嘌呤能受体P2X7R,削弱Treg细胞的抑制活性并促进其向TH17细胞转化,促进严重肺部感染期间CD4+T细胞的积累,维持长寿记忆CD8+T细胞的代谢适应性,并调节CD8+中央记忆T细胞和组织驻留记忆T细胞的发育。尽管有这些发现,但控制eATP释放的上游机制、其下游信号级联反应及其在T细胞中的功能后果,在很大程度上仍不清楚。
在本研究中,作者通过构建CD4+T细胞特异性条件性敲除(cKO)小鼠,研究了VNUT在T细胞中的作用,并发现其敲除(KO)在体外和体内均显著增强了IFN-γ的产生和TH1细胞功能。结合药理学和遗传学工具,作者鉴定出一条先前已发现的、涉及P2X7R-JNK-FOXO3a-Eomes并调控TH1细胞分化的信号轴。作者的研究结果揭示了VNUT调控TH1细胞功能的分子机制,并凸显了其作为免疫相关疾病治疗靶点的潜力。
原文链接:
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adz7600