胆固醇代谢在T细胞免疫应答中的调控机制研究

The study of Immune metabolism has been regarded as the research hot spot of immunological research field, and there are a series of studies has tentatively demonstrated the significance of the metabolism of glucose, lipid and amino acid in the regulation of T cell immune response. As the one of the most important membrane lipid component, the regulation of cholesterol metabolism in T-cell immune response has not been fully elucidated. My earlier work found that the storage pathway of cholesterol can regulate the plasma membrane lipid composition, which regulates TCR clustering and the immunological synapse formation, thus regulating T cell anti-tumor response (Nature, 2016, first author). Beside of the storage pathway, there are several important cholesterol metabolic pathway, including cholesterol uptake and transport, cholesterol de novo synthesis and cholesterol efflux. The cholesterol uptake and transportation pathway is the only approach to get exogenous cholesterol for T cells. It remains elusive that how the cholesterol uptake and transportation pathway regulates T cell function. So, we will focus on this pathway, and we will use biochemical, cellular immunological, lipidomics, imaging and animal model to deeply study the role of cholesterol in the regulation of T cell immune response, especially in tumor immune response, and we will further demonstrate the molecular mechanism. The performance of this project will shed a new light on the molecular regulation of cholesterol on T cell immune response.

免疫代谢是目前免疫学研究领域的热点，多项研究已经初步阐明糖、脂和氨基酸等代谢在T细胞免疫应答中的调控作用。作为细胞膜结构的重要组成脂质-胆固醇在T细胞免疫应答的调控目前研究还不够清楚。申请人前期研究发现胆固醇代谢通路中的存储通路通过调控细胞质膜胆固醇组成，调控T细胞抗原受体TCR的成簇以及免疫突触的形成，进而调控T细胞的抗肿瘤免疫应答能力（Nature 2016，第一作者）。除储存通路外，胆固醇代谢相关通路包含有吸收转运通路、合成通路和外排通路。其中胆固醇吸收转运通路是T细胞获得外源性胆固醇的唯一途径，该途径如何参与 T细胞的免疫应答，我们目前尚不清楚。因此申请人拟从吸收转运通路角度，综合运用生物化学、细胞免疫学、脂质组学、成像以及小鼠模型，进一步深入探讨胆固醇代谢在T细胞免疫应答尤其是肿瘤免疫应答中的作用，并阐明其具体的分子机制。本项目的开展将加深我们对T细胞胆固醇代谢的了解。

以CD8+ T细胞为核心的免疫治疗手段包括免疫检查点阻断疗法和CAR-T细胞疗法已经在临床恶性肿瘤治疗中得到广泛应用。然后目前这些疗法的临床响应率和适应性不够，多数肿瘤病人并无获益，因此亟需深入研究T细胞抗肿瘤免疫应答机制并开发相应的免疫治疗手段。项目执行人在前期研究发现干预胆固醇代谢可有效提高T细胞的抗肿瘤活性，并开发相应的肿瘤免疫治疗干预手段（Nature, 2016），然而胆固醇代谢如何调控T细胞的免疫应答，仍然缺乏系统性的研究。本项目针对胆固醇代谢通路中尚未完全阐明免疫应答调控机制的吸收转运通路展开研究，研究胆固醇吸收蛋白LDLR和胞内胆固醇转运蛋白NPC1/NPC2对T细胞的调控作用和机制。.通过本项目的执行，我们有一下重要发现：.1..LDLR是调控T细胞免疫应的重要膜蛋白，一方面作为低密度脂蛋白受体通过从环境中摄取胆固醇，保证细胞质膜和胞内胆固醇的动态平衡，提供T细胞克隆增殖所需的原料；另一方面还作为膜蛋白与T细胞最重要的免疫受体TCR结合，调控细胞质膜TCR的回收和信号转导，参与T细胞的激活以及对靶细胞的杀伤能力。.2..肿瘤微环境对CD8+ T细胞LDLR表达的抑制是CD8+ T细胞免疫抑制的重要因素，而通过在T细胞过表达LDLR可以提高过继细胞转移治疗的效率，有效解除肿瘤微环境的免疫抑制，实现对肿瘤细胞的彻底清除。.3..作为胞内胆固醇转运的重要蛋白NPC1/NPC2参与CD8+ T细胞免疫应答调控，NPC1或NPC2的缺陷会导致CD8+ T细胞胞内胆固醇分布异常，一方面通过降低细胞质膜胆固醇水平抑制TCR信号通路，另一方面还能通过调控葡糖糖转运蛋白Glut1的表达以及糖酵解通路关键酶的活性，参与T细胞糖的吸收和利用，最终参与T细胞免疫应答。.本项目的顺利实施，一方面阐明了胆固醇代谢通路中吸收和胞内转运通路对T细胞免疫应答的调控作用和机制，另一方面为基于胆固醇代谢干预治疗恶性肿瘤提供了新的思路和手段。