甲戊二羟酸代谢途径调控B淋巴细胞活化、亚群分化、抗体应答的分子机制及相关疾病的研究

B cell mediated antibody response and immune memory are critical for human health. Recently, the synthesis and metabolism of lipids are found to be able to potently regulate the function of immune cells. Our previous work showed that acidic phospholipids govern the enhanced activation of memory B cells, however the molecular mechanism that how lipid metabolism regulates B cell activation and antibody response is not known. Therefore, in this project, we will systemically investigate the effects of mevalonate pathway metabolism on the activation of B cells and antibody response. We will first study how the five intermediates in mevalonate pathway of cholesterol synthesis regulate the formation of B cell receptor microclusters and B cell immunological synapse during B cell activation. We will also investigate the function of these five mevalonate pathway intermediates in the regulation of antigen presentation, proliferation and differentiation of B cells. Moreover, we will also study the function of five intermediates on the regulation of antibody responses. Specifically, using at least four types of transient receptor potential vanilloid (TRPV) knockout mice, we will try to explore whether it is the pain sensing system that mediates the regulation of B cell activation and antibody response by these intermediates. The main goal of this project is to investigate the molecular mechanism of lipid metabolism in regulating B cell activation and antibody response and how it contributes to the associated immunodeficiency and autoimmune diseases. All these findings shall be of great significance in both theoretical immunology and for potential clinical applications.

B细胞受抗原刺激启动免疫活化和亚群分化，进而形成记忆性免疫力维系机体健康。我们前期工作揭示酸性磷脂调控记忆性B细胞的跨膜信号转导，但脂类代谢途径系统调控B细胞活化，亚群分化、抗体应答的分子机制及其在相关疾病中的作用尚不清楚。本课题聚焦与胆固醇合成代谢和蛋白质异戊二烯化修饰密切相关的甲戊二羟酸代谢途径，综合运用交叉学科的实验系统，开展如下的研究：第一层面，比较五种甲戊二羟酸途径代谢产物对B细胞识别膜联抗原后，抗原受体微簇体成熟和B细胞免疫突触形成的影响，进而分析其对B细胞活化后的增殖、抗原呈递和亚群分化的影响，最终评价其对初次和记忆性抗体应答的影响；第二层面，运用包括四种瞬时电位感受器受体敲除小鼠在内的小鼠模型解析甲戊二羟酸途径代谢物介导的痛觉感知在调控B细胞活化、亚群分化、抗体应答中的分子机制，探究其在抗体应答缺陷和自身免疫疾病中的致病机理。两个层面的研究相辅相成，兼具理论意义和应用价值。

甲戊二羟酸代谢途径（MVA）作为合成胆固醇的重要代谢通路，在免疫系统中发挥重要的作用，但是对于该代谢途径的中间代谢产物在免疫应答中的研究较少。该项目探究包括法尼基焦磷酸（FPP）在内的一系列MVA中间代谢产物对体内免疫应答调控的影响。通过对多种小鼠炎症模型进行代谢组学检测，并通过优化样品提取纯化步骤，提高对MVA中间产物的检测灵敏度，以适用临床微量样品的检测。结果显示，多种小鼠炎症模型均会导致FPP在感染部位积累；类风湿性关节炎病人关节腔积液中的FPP浓度相较健康对照组上升了3-6倍。免疫细胞图谱分析表明，FPP通过促进引流淋巴结内生发中心（GC）的形成，从而促进抗原特异性抗体的产生。机制研究揭示，FPP通过激活瞬时受体电位受体3（TRPV3）引发细胞外钙内流，激活下游信号转导，促进IL-6等体液反应所必需的细胞因子和趋化因子的转录。FPP-TRPV3-IL6-GC通过增强体液反应形成控制皮肤感染的有效信号轴。进一步研究发现高浓度FPP可以作为新型的危险信号导致急性细胞死亡。该过程不依赖于FPP已知的下游代谢途径及经典细胞死亡途径。离子通道敲除及抑制剂实验发现，FPP激活非选择性阳离子通道褪黑素相关受体2（TRPM2）引发细胞外钙内流对细胞死亡是关键的。表面等离子体共振及化学合成FPP结构类似物的实验证明，FPP和TRPM2可以直接结合，且FPP的不饱和烃链和强负电焦磷酸头结构对两者的结合及TRPM2的激活是重要的。综上，我们综合运用交叉学科实验系统，探讨了MVA中间代谢产物对体内免疫应答调控的影响，发现了FPP广泛存在于炎症感染条件下，可以增强体液免疫应答，且可以作为危险信号诱导细胞急性死亡，探究了两种瞬时电位感受器受体TRPV3和TRPM2的激活及细胞外钙内流在上述过程中起到的关键作用。上述研究充实了MVA代谢产物调控免疫细胞的免疫活化、亚群分化、抗体应答领域的研究，在分子机制层面提升对此科学问题的认识，为新型疫苗、佐剂、免疫缺陷以及自身免疫病的药物设计和开发提供崭新的理论基础和潜在靶点。