胆固醇代谢调控TCR跨膜信号转导

T-cell receptor（TCR）recognizes antigens and transduce activation signal, which are the initial step for adoptive immunity. Our previous study revealed that TCR signal transduction is directly regulated by the plasma membrane lipids microenvironment (Nature, 2013), but how lipids microenvironment is regulated, it remains unknown. Cholesterol is the essential component of the plasma membrane. Beside of regulating membrane fluidity and maintaining plasma membrane structure, it also regulates the distribution and functions of various membrane receptors and other lipids. This project will focus on the T-cell plasma membrane, study the regulation of T-cell membrane dynamics and TCR signal transduction by cholesterol metabolism; Firstly, we will change the plasma membrane cholesterol on cell level, study it's effect on TCR signaling and T-cell function; Then, we will utilize the ACAT1 gene knockout mice, to change T-cell plasma membrane cholesterol level, and use the super-resolution fluorescence microscopy, biochemical technologies to study the regulation of lipids microenvironment, TCR signal transduction by cholesterol metabolism. Further more, we will use mouse disease models to confirm the molecular mechanism of cholesterol metabolism on T cell immune response regulation on the animal level.

T细胞抗原受体（TCR）识别抗原并向细胞内传递活化信号是适应性免疫的起始步骤，我们之前的研究发现，TCR跨膜信号转导受细胞质膜膜脂微环境的直接调控（Nature, 2013），但细胞质膜膜脂微环境的形成以及动态平衡是如何被调控的，目前还不清楚。胆固醇是细胞质膜上的重要组成成分，除了调节质膜流动性和维持质膜的结构外，它还调控脂质分子和膜蛋白的分布与功能。本项目将研究胆固醇代谢对T细胞质膜的动态平衡和TCR跨膜信号转导的调控机制。我们首先在细胞水平上，人为改变细胞质膜胆固醇水平，检测质膜胆固醇对TCR跨膜信号转导和T细胞效应功能的影响。然后利用胆固醇脂酰转移酶ACAT1基因敲除小鼠，改变T细胞质膜上胆固醇水平，进一步通过超高分辨率显微成像、生物化学等技术和方法研究胆固醇对T细胞质膜膜脂微环境的影响以及对TCR跨膜信号转导的调控。此外，我们将在动物水平上验证胆固醇代谢调控T细胞免疫应答的分子机制

TCR跨膜信号转导受细胞质膜上脂质分子以及脂质微环境的调控，作为细胞质膜上重要的脂质组成-胆固醇在细胞质膜上如何调控T细胞活化还不清楚。我们的研究从质膜胆固醇出发， 研究质膜胆固醇对TCR跨膜信号转导的调控，以及胆固醇代谢代谢T细胞免疫应答的调控。. 通过生化和细胞实验，我们发现人为干预T细胞质膜上胆固醇水平可以干预TCR的跨膜信号转导。通过超高分辨显微成像技术STORM，我们发现上调细胞质膜上胆固醇水平促进TCR微簇（nanocluster）的形成进而增强其对抗原的响应能力。. 胆固醇酯酰转移酶ACAT1是维持细胞内胆固醇水平的重要调节酶，主要负责将游离胆固醇转化成胆固醇酯并以脂滴的形式储存在细胞内。通过生化、细胞生物学、免疫学和成像的手段，我们发现CD8 T细胞活化后ACAT1表达水平明显上升，而通过基因敲除或者小分子抑制剂的方式抑制ACAT1的酶活可上调 CD8 T细胞上胆固醇水平，进而促进TCR微簇的形成，增强TCR对抗原的响应。. 我们进一步在小鼠体内通过肿瘤免疫模型和李斯特菌感染模型研究ACAT1在CD8 T细胞中的功能，发现抑制ACAT1活性可以特异性增强CD8 T细胞的效应功能，增强CD8 T细胞的抗肿瘤免疫应答能力以及抗胞内菌感染能力。由于ACAT1同时也是一个治疗动脉粥样硬化的靶点，目前有一系列小分子抑制剂在进行临床实验。Avasimibe是一种经过临床试验检测过的ACAT抑制剂，在临床试验中表现出很好的安全性。我们发现Avasimibe可以通过抑制ACAT1的酶活促进CD8 T细胞的效应功能，在小鼠模型中增强CD8 T细胞的抗肿瘤效应。通过联合治疗实验，我们发现Avasimibe与PD-1阻断抗体或者化疗药物dacarbazine联合治疗的效果要明显高于单独治疗。我们的研究一方面阐明的胆固醇对T细胞质膜脂质微环境以及TCR跨膜信号转导调控的分子机制；另一方面首次将胆固醇代谢应用于肿瘤免疫治疗，开拓了肿瘤免疫研究的全新方向并发现了有重要临床价值的潜在应用靶点。