mTOR信号介导的代谢途径对γδ T细胞NKG2D表达及亚群功能分化的调控作用及分子机制

Tumor is among the top threats against human health. The safety and target-specificity of immune cell therapy make it a promising strategy against tumor disease, and γδ T cells are highly potential effectors due to their unique characters involving both innate and adaptive immunity. Our lab has been studying the functional differentiation and anti-tumor immunity of γδ T cells and demonstrated the critical role of Vγ4 γδ T cells in anti-tumor immunity. Our recent work showed that rapamycin treatment enhances the cytotoxicity of Vγ4 γδ T cells via up-regulating NKG2D, one of the key molecules in mediating tumor recognition. Even though we discovered the connection between STAT5 phosphorylation and NKG2D up-regulation, the role of mTOR (the mechanical target of rapamycin) mediated metabolic pathways in this process is unclear. Besides, whether these metabolic changes altered the functional differentiation of γδ T cells is unknown either. These studies will further improve our understanding on the role of mTOR signaling on γδ T cells and provide theory basis for γδ T cells mediated anti-tumor immune therapy.

肿瘤严重威胁人类的健康，免疫细胞治疗是一种安全且靶向特异的治疗手段，而γδ T细胞在免疫细胞治疗中具有很大的潜力。我们实验室一直从事γδ T细胞功能分化及其在肿瘤免疫中的作用的相关研究，尤其是阐明了Vγ4 γδ T细胞在抗肿瘤免疫中起关键作用。我们近期发表的文章表明，雷帕霉素处理Vγ4 γδ T细胞，通过上调关键肿瘤识别蛋白NKG2D而加强其杀伤肿瘤的功能。尽管STAT5磷酸化与NKG2D上调密切相关，而抑制mTOR（雷帕霉素靶蛋白）活性及其介导的代谢途径与NKG2D上调的关联性却不清楚。本项目的关键科学问题是：雷帕霉素是否通过抑制mTOR信号介导的代谢途径上调NKG2D的表达水平? 这些代谢改变有没有影响γδ T细胞的功能分化？我们这一研究将进一步加强理解mTOR信号对γδ T细胞的作用机制，为应用γδ T细胞的肿瘤免疫治疗奠定理论基础。

T细胞的活化、分化和效应功能受到细胞内代谢途径的精密调控，其中mTOR可以整合外界营养、抗原刺激和细胞因子应答信号，决定下游代谢的途径，进而对免疫细胞的各项生命活动进行调节，但是γδ T细胞内代谢途径的调节作用及其机制并不清楚。.在本项研究中，我们发现γδ T细胞高表达mTOR信号关键分子TOR、Raptor(mTORC1)和Rictor (mTORC2)。利用CD2-cre Raptor-flox/flox条件性基因敲除小鼠，我们发现，mTORC1缺失引起γδ T细胞糖酵解代谢水平显著降低，SOCS1表达上调，抑制IFN-γ的关键转录因子Eomes的表达和γδ T1分化；利用糖酵解小分子抑制剂2-DG处理γδT细胞还发现其识别肿瘤的关键分子NKG2D表达下调；这些因素共同作用导致mTORC1-KO的γδ T细胞抗肿瘤功能受损。.此外，mTORC1-KO的γδ T细胞中代谢异常也引起IL-17表达显著下调，促炎功能减弱。缺失谷氨酰胺酶GLS1，引起谷氨酰胺异化代谢受损，三羧酸循环产生的乙酰辅酶A下调，Il17a基因位点组蛋白乙酰化降低，同样引起γδ T细胞表达IL-17能力下调和促炎功能减弱。.利用CD2-cre Raptor-flox/flox条件性基因敲除小鼠，我们发现mTORC2缺失对代谢水平的影响不显著，但是mTORC2缺失后，引起细胞内ROS水平显著上调，进而抑制IL-17关键转录因子RORγt的表达和γδ T17分化，这导致其促炎功能下调，银屑病模型减轻。.这些结果表明mTORC1及mTORC2信号对γδ T细胞亚群分化及功能具有不同的调控作用。这为通过干预γδ T细胞的代谢途径进而调节其抗肿瘤或促炎功能提供了坚实的理论基础，也为基于γδ T细胞的免疫疗法提供了新的潜在靶点。研究成果于2020年分别发表在Cell Death & Differentiation及Journal of Clinical Investigation上。