线粒体自噬调控CD8 T细胞活化及衰竭的初步研究

Mitochondria lie at the heart of aerobic metabolism and the hub of immunity. Dysregulation of mitochondrial biogenesis, dynamics and functions may cause devastating diseases. CD8 T cells undergo exhaustion during chronic infection or at tumor microenvironment, which was characterized by gradual loss of proliferative capacity and effector function, accompanied by upregulation of multiple co-inhibitory molecules. Our preliminary data showed that mitochondrial cristae is decreased dramatically in tumor-infiltrating T cells, suggesting both mitochondrial structural integrity and function in these T cells were disrupted at tumor site. Thus, clearance of the dysfunctional mitochondria is an important step of mitochondrial quality control during CD8 T cell activation and antitumor response. We also demonstrate that increased mitochondrial biogenesis and autophagy occur during CD8 T cell activation. Interestingly, upon CD8 T cell activation, we observed high level expression of BNIP3, a critical mitophagy receptor for eliminating dysfunctional mitochondria. With the well characterized mitophagy reporter mouse line mt-keima and T cell specific Bnip3 KO line, we thus aim to characterize the role of mitophagy in CD8 T cell activation and exhaustion and further investigate the molecular mechanisms that how BNIP3-mediated mitophagy regulates CD8 T cell function and antitumor immunity. Our study will offer new insights into CD8 T cell functional regulation by mitophagy. This study might identify potential candidates to improve T cell antitumor immunity.

线粒体是细胞能量代谢中心，也是重要的免疫调节枢纽。线粒体的生成、融合分裂以及功能的异常与疾病发生密切相关。肿瘤微环境中CD8 T细胞处于衰竭状态，表现为增殖和效应功能下降并伴随免疫抑制分子上调。我们前期结果显示，肿瘤浸润T细胞中线粒体形态和功能明显异常，表现为线粒体嵴的数目和长度明显减少以及线粒体片段化等。因此，损伤线粒体的有效清除对于维持CD8 T细胞活性及抗肿瘤能力至关重要。我们发现，在CD8 T细胞活化过程中线粒体生物发生和细胞自噬均上调，线粒体自噬受体BNIP3的表达量也明显升高。在此基础上，我们将联合线粒体自噬报告基因小鼠(mt-keima)及Bnip3 T细胞特异性敲除小鼠，利用T细胞体内外活化及小鼠肿瘤模型，解析BNIP3介导的线粒体自噬调控T细胞活化和衰竭的分子机制，并为改善肿瘤微环境中的T细胞衰竭提供新的理论依据。期望发现新的免疫调节靶点，为肿瘤的干预和治疗提供新的思路。

线粒体是细胞能量代谢中心，也是重要的免疫调节枢纽。线粒体的稳态与异常与肿瘤的发生发展密切相关。目前线粒体增生、线粒体融合分裂、线粒体ROS、线粒体钙以及线粒体定位调控免疫反应已有文章报道，然而线粒体自噬调控CD8 T细胞功能却鲜有报道。线粒体自噬是清除损伤线粒体的重要方式，从而维持线粒体稳态，早期研究发现肿瘤浸润的CD8 T细胞中线粒体数目减少、形态和功能异常，而这些损伤的线粒体及时清除对耗竭T细胞的功能恢复至关重要。我们研究发现，CD8 T细胞在活化和分化阶段均伴随着线粒体自噬的发生，同时线粒体自噬受体BNIP3的表达量明显增高，并随着时间的延长呈现递增的趋势。在小鼠肿瘤模型中，肿瘤浸润的CD8 T细胞中BNIP3的mRNA和蛋白水平均显著增加，同时BNIP3在终末耗竭T细胞中的表达量明显高于前体耗竭T细胞，表明耗竭程度越高，BNIP3介导的线粒体自噬水平越高。为了验证自噬水平，我们发现自噬标志蛋白LC3的表达量在耗竭CD8 T细胞中也显著升高并与BNIP3呈正相关关系。在此基础上，我们构建了BNIP3过表达的T细胞，利于体外耗竭模型发现过表达BNIP3能明显抑制CD8 T细胞的耗竭程度。综合上述结果，本研究发现CD8 T细胞活化、分化以及耗竭过程中存在BNIP3介导的线粒体自噬的发生，并发现BNIP3过表达能够显著抑制CD8 T细胞的耗竭。本研究课题为CD8 T细胞的耗竭及肿瘤的免疫治疗提供了新的理论基础，并为后期筛选抗肿瘤的小分子化合物提供新的线粒体自噬靶点，同时联合PD1/PDL1发挥重要作用。