Foxo1-mTOR信号轴在NK细胞活化所需生物能量代谢转变中的作用

We previously found the first negative transcriptional factor – Foxo1 in regulating natural killer (NK) cells development and functions, of which has been published on the top tier journal-Immunity. Foxo1 represses the activity of mTORC1, which is the key factor in bioenergetic metabolisms. And based on the results that we found IL-15 introduced a rapid phosphorylation of Foxo1 in NK cells, we proposed a pivotal role of the Foxo1-mTOR axis in regulating the activity of NK cells through bioenergetic metabolism transition. To fulfill this purpose, we will systematically investigate the role of Foxo1 on regulating the bioenergetic metabolisms and mTOR activities during NK cells activation, by utilizing a mouse model of conditional deletion of Foxo1 in NK cells together with the Foxo1 phosphorylation mutated plasmids of Foxo1AAA to modify the transcriptional activity of Foxo1. By doing this, we aim to deep the understanding of the mechanisms of the negative regulations of Foxo1 on NK cells and give the hope to find new treatments for cancers and viral diseases based on regulating Foxo1-mTOR axis in NK cells.

我们前期发现了首个负向调控自然杀伤细胞(NK)发育与功能的转录因子-Foxo1，该成果发表在免疫学顶级期刊Immunity上。Foxo1可抑制细胞生物能量代谢（bioenergetic metabolism）中的关键因子mTORC1活性，结合我们发现的IL-15迅速介导NK细胞Foxo1磷酸化，推测Foxo1-mTOR轴在介导NK细胞活化所需的生物能量代谢转变中具有重要作用。为此本项目采用Foxo1 NK细胞特异性敲除小鼠结合Foxo1AAA突变质粒的策略改变Foxo1转录活性，系统研究Foxo1对NK细胞活化过程中生物能量代谢状态转变和mTOR活力的影响，并结合mTOR抑制剂探讨Foxo1-mTOR信号轴在NK细胞激活过程中生物能量代谢转变中的作用；旨在深化理解Foxo1对NK细胞的负向调控机制，并为从基于调控NK细胞Foxo1-mTOR信号轴的角度寻找肿瘤和病毒防治新策略提供实验依据。

在前期发现Foxo1负向调节NK细胞发育与功能的基础上，本项目从细胞生物能量代谢转变及其关键因子mTORC1活性改变的角度，探讨Foxo1-mTOR轴在介导NK细胞活化所需的生物能量代谢转变及功能调控中的作用，进一步深化Foxo1对NK细胞的负向调控机制。利用Vav-Cre与Foxo-floxp小鼠杂交成功构建敲除NK细胞中Foxo1的小鼠模型（Foxo1Δ/Δ小鼠），发现NK细胞中敲除Foxo1后生物能量代谢关键分子CD71、CD98的表达以及葡萄糖（2-NBDG）的摄取均显著增加，伴随NK细胞成熟和功能相关分子（Perforin、Granzyme B）表达的增加；NK细胞中敲除Foxo1后生物能量代谢关键复合体mTOR复合体1和2的活性显著增加。进一步通过mTOR抑制剂Rapamycin处理Foxo1敲除的NK细胞，发现Rapamycin可显著抑制mTORC1活性，逆转CD71、CD98、2-NBDG和NK细胞功能的增加，进一步阐明了mTORC1活性改变在Foxo1抑制NK细胞能量代谢和功能中的作用。.此外，为了课题深入研究的需要，我们进一步研究了Foxo1对NK细胞分化和早期发育的影响以及mTORC1和2对NK细胞成熟和功能的影响及机制。发现Foxo1通过直接促进细胞周期抑制有关的靶基因（p21cip1、p27kip1、p130、GADD45）表达，而抑制NK细胞的增殖。mTORC1和mTORC2均促进NK细胞成熟，其机制主要是通过促进NK细胞发育与功能调控的关键转录因子T-bet的表达而实现；而在功能调控方面，mTORC1和mTORC2却呈现出不同的作用，mTORC1通过促进CD122的表达而增加NK细胞对IL-15的反应性，继而实现促进NK细胞功能；但mTORC2通过抑制STAT5-SLC7A5信号，继而抑制mTORC1活性而实现抑制NK细胞功能。.在该项目资助下，进行了广泛的国内学术交流和合作（参加全国抗炎免疫药理学学术会议1人次；全国免疫学术会议2人次）；课题负责人获中国药理学会2018年青年药学家奖；培养硕士研究生1名，在读研究生中博士后1名、博士2名，其中1名应邀作全国学术大会分会场报告1次；总结论文6篇，发表SCI论文4篇， IF>10 SCI 论文3篇（含两篇综述）；获得国家自然基金面上项目1项。