自然杀伤细胞发育分化和免疫记忆形成的代谢调节

Natural killer (NK) cells play an essential part in anti-tumor, anti-viral immunity. Recent studies have found that NK cells possess the feature of adaptive immunity, such as immune memory, both in MCMV virus infection and hapten-induced skin hypersensitivity. The virus clean ability and tumor occurrence are closey related to the quantity and quality of NK cells. Thus innate immune system have to keep a certain number of functionally mature NK cells. The current lack of sufficient evidences explicates how the bodies sustain the cellularity of NK cell during different status, like resting, activation as well as generation and maintenance of immune memory. PI3K-PDK1-Akt-mTOR cascade is one of the most important metabolic pathways, which is involved in multiple processes of cell development, differentiation, and proliferation. PI3K deficiency could restrict terminal maturation of NK cells, but the underlying molecular mechanism remains unclear, and thus it need to further investigate whether and how the pathway controls NK cell homeostasis under resting and lymphopenia conditions, as well as NK cell memory formation. The application will start with the analysis of NK cell energy metabolism, and then mainly focus on whether and how the key molecules in PI3K-PDK1-Akt-mTOR pathway, that is, PDK1, AKT and TSC1, promote early NK cell commitment and development, terminal maturation, steady-state proliferation and memory NK cell formation and maintenance. These studies will clarify the molecular mechanisms regarding NK cell number maintenance in vivo from a new angle, and provide theoretical support for the NK cell-based adoptive transfer therapy.

自然杀伤（NK）细胞在体内发挥重要的抗肿瘤、抗病毒作用，新近研究发现NK细胞具有获得性免疫细胞的特征，能够形成免疫记忆。NK细胞数量和质量的下降与体内病毒的持续感染和肿瘤的发生密切相关。因此NK细胞发育、分化、稳态维持及"记忆"形成对于NK细胞功能实施至关重要。能量代谢调节是免疫细胞发育和分化过程中的重要环节，与细胞的生长、分化和增殖密切相关，而PI3K-PDK1-AKT-mTOR途径是重要的能量控制开关，PI3K缺陷导致NK细胞末端成熟受限，具体的分子机制仍不清楚，该途径是否参与NK细胞稳态以及免疫记忆调控也需要进一步的研究。该申请将从NK细胞能量代谢特点着手，研究PI3K-PDK1-AKT-mTOR途径重要分子如何调节NK细胞早期发育、末端成熟、稳态增殖以及免疫记忆形成和维持。研究结果将从新的角度解释NK细胞发育和功能调节的分子机制，为基于NK细胞的细胞治疗提供理论支持。

自然杀伤（NK）细胞在体内发挥重要的抗肿瘤、抗病毒作用，NK细胞数量和质量的下降与体内病毒的持续感染和肿瘤的发生密切相关。因此NK细胞发育、分化、稳态以及功能的维持对于NK细胞功能实施至关重要。能量代谢调节是免疫细胞发育和分化过程中的重要环节，与细胞的生长、分化和增殖密切相关，而PI3K-AKT-mTOR途径是重要的能量控制开关，PI3K缺陷导致NK细胞末端成熟受限，具体的分子机制仍不清楚，该途径是否参与NK细胞发育和功能调控也需要进一步的研究。在本研究中我们利用基因缺失小鼠从genetic水平研究PI3K-AKT-mTOR途径中的重要分子PDK1、TSC1和mTOR如何调节NK细胞早期发育、末端成熟、功能维持。取得了以下重要结果：① PDK1缺失后，小鼠体内NK细胞数量明显降低，体内残存的NK细胞处于未成熟阶段，对IL-15的反应性也降低。IL-15通过PDK1-mTOR信号途径调控转录因子E4BP4，Eomes的表达，进而促使NK细胞表面CD122的表达升高，形成一个正向调控过程。从而使NK细胞的发育顺利进行。但是在NK细胞发育的晚期，虽然PDK1的缺失对于NK细胞的发育影响不大，但是却严重影响了NK细胞的功能。② TSC1在mTOR通路中对NK细胞的发育发挥着负向调控作用。早期TSC1缺失后，NK细胞发育受阻，但是TSC1不影响NK细胞的末端发育和功能执行。③ 在NK细胞命运决定期开始缺失mTOR尤其是mTORC1，导致NK细胞的IL-15反应性及关键转录因子E4BP4、Eomes、T-bet表达显著下调。mTOR调节NK细胞的末端分化及稳态也主要通过mTORC1。NK细胞与靶细胞的共轭结合、细胞毒作用及细胞因子产生很大程度上依赖于mTORC1。而当缺失mTORC1时，mTORC2在其中发挥抑制作用。④ 在自发型乳腺癌模型小鼠中通过乳腺上皮特异性敲除PDK1能够抑制肿瘤的起始，进程和转移。该课题的顺利完成从新的角度解释NK细胞发育和功能调节的分子机制，为基于NK细胞的细胞治疗提供理论支持。