Immunity | MEK依赖性能量需求驱动终末CD8+ T细胞耗竭

撰文|章台柳

T细胞耗竭是有效抵抗慢性感染和癌症发生的障碍。这种功能失调状态发生在体内接触持续性抗原的CD8+ T细胞中，其特征是抑制性免疫受体（如PD-1、CTLA-4和LAG-3）的表达增加，以及功能改变，包括增殖和细胞毒能力下降。鉴于针对Tex细胞的癌症免疫疗法方法具有重大的临床意义，Tex细胞功能失活的潜在机制是当前积极研究的领域。

T细胞活化伴随着大量的代谢重编程，包括CD28依赖的葡萄糖摄取增加，以满足增殖和细胞毒作用的生物能量需求。慢性抗原驱动的线粒体功能障碍是导致Tex细胞功能缺陷的主要因素，其中氧化磷酸化 (OXPHOS) 和线粒体ATP合成受损导致增殖能力丧失。这些线粒体缺陷可以通过中和线粒体活性氧 (ROS) 的积累来修复，无论是使用抗氧化剂N-乙酰半胱氨酸，还是通过过表达谷胱甘肽过氧化物酶-4 (Gpx4)，或者通过补充烟酰胺核糖来增强NAD+合成。虽然持续的TCR信号传导是Tex细胞生成所必需的，但慢性抗原驱动的PD-1表达负向调节近端TCR通路（如AKT-mTOR），部分是通过促进耗竭细胞存活的PD-1-FoxO1正反馈回路实现的。这些发现表明，减弱近端TCR信号传导可以改善Tex细胞的持久性。由于TCR信号传导与代谢功能障碍之间的联系尚不明确，靶向近端TCR信号传导是否能减轻Tex细胞的代谢功能障碍仍不清楚。

MEK-ERK信号通路在TCR结合下游被激活，是T细胞活化和增殖所必需的。抗原识别所诱导的自限性MEK激活对于最佳T细胞反应至关重要。然而，在慢性TCR参与的背景下，Tex细胞中的MEK激活是如何调节的，这些细胞是否表现出持续的MEK激活，以及持续MEK信号传导的后果，都是悬而未决的问题。这些问题值得研究，因为MEK信号传导调节其他细胞类型（如胚胎干细胞）的代谢行为。此外，抑制MEK可以增强抗肿瘤免疫力，部分是通过抑制T细胞凋亡并在priming期间促进干细胞样T细胞记忆表型，这表明更全面地了解该通路在Tex细胞生物学中作用对肿瘤治疗具有重要启示。

近日，来自 纪念斯隆凯特琳癌症中心的 Santosha A. Vardhana 团队 在 Immunity 杂 志上发表文章 MEK-dependent bioenergetic demand drives terminal CD8+ T cell exhaustion ，发现慢性TCR结合增加ATP需求，导致线粒体NADH积累、活性氧积累以及随后的线粒体功能障碍。在TCR依赖性近端信号通路成分中，抑制激酶MEK独特地减少了营养摄取和线粒体NADH积累，同时恢复了增殖。因此，在慢性TCR刺激期间抑制MEK可减少终末期T细胞耗竭。机制上，T细胞中的慢性MEK激活通过增加整体蛋白质合成率来驱动ATP需求。MEK抑制逆转了慢性TCR刺激驱动的RNA聚合酶II C端结构域磷酸化的增加，降低编码效应因子和终末期耗竭相关基因的位点的转录率，同时维持与T细胞记忆相关基因的转录。因此，MEK依赖性代谢需求是T细胞耗竭的一个驱动因素，这为MEK抑制如何增强免疫疗法疗效提供了见解。

为了确定慢性TCR刺激对线粒体功能的近端影响，研究人员纵向测量了存在或不存在持续TCR刺激情况下扩增的活化CD 8+ T细胞中线粒体活性和ROS积累。相比之下，慢性TCR刺激在48小时内增加了细胞ROS水平，并且随着持续的TCR刺激继续增加，且这种早期ROS积累主要由线粒体NADH生成增加驱动。对NADH增加的机制进行探索，发现慢性TCR刺激增加葡萄糖摄取和乳酸产生，以及葡萄糖衍生的碳进入三羧酸（TCA）循环，表明是NADH生成增加，而不是NADH清除受损所驱动。氧化NAD+的再生对于细胞增殖至关重要，并且通过乳酸脱氢酶将丙酮酸还原为乳酸比通过丙酮酸脱氢酶（PDH）和柠檬酸合酶（CS）整合到三羧酸循环中发生得更快。因此，药理学增强线粒体NADH的生成会抑制多种细胞类型的增殖，包括原代T细胞。相应地，慢性TCR刺激驱动的NADH积累立即减少了T细胞的增殖。PDH和CS都可以被ATP或NADH负调控。慢性刺激增加了T细胞线粒体和总ATP生成的速率，表明慢性TCR刺激增加了葡萄糖摄取和线粒体NADH的生成以支持ATP生产，但这是以NAD+依赖性增殖能力为代价的。

使用针对近端TCR依赖性信号转导分子的小分子抑制剂筛选，发现MEK抑制独特地减少持续TCR刺激期间ATP合成和ROS积累的速率，且MEK抑制特异性靶向MEK底物ERK，而不是减少MEK的磷酸化。体外和体内的实验都证实慢性抗原暴露足以增加MEK/ERK的激活。MEKi减少了慢性刺激T细胞中的葡萄糖消耗和糖酵解活性，表明抑制MEK可以减弱慢性刺激诱导的生物能量需求。虽然MEK不是唯一的其抑制能减少葡萄糖摄取的近端TCR信号成分，但只有MEKi在减少葡萄糖摄取的同时增加了慢性刺激T细胞的增殖，表明MEK独特地驱动了由于线粒体NADH积累而导致的葡萄糖摄取依赖性生长抑制。MEKi恢复慢性刺激T细胞的增殖，同时对急性刺激T细胞的增殖没有显著影响。利用流式细胞术和RNA - seq分析T细胞表型，结果显示体外和体内实验中，MEKi存在下慢性刺激的大部分T细胞表现出祖细胞样而非终末期耗竭的表型，并增强持久性。

对RNA - seq进行基因集富集分析，结果显示MEKi下调最显著的基因集与蛋白质合成有关，表明TCR依赖性MEK激活增加了慢性抗原刺激期间的mRNA翻译速率。为了直接测量蛋白质合成速率，利用 O- 丙炔基 - 嘌呤霉素（ OPP ）标记新生蛋白质，它非特异性地掺入延伸的肽链中，并可以通过点击化学与叠氮化物连接的荧光团结合。结果显示，慢性 TCR 刺激显著增加新生蛋白质的合成速率，而 MEKi 减弱了这一作用。对慢性TCR刺激驱动的蛋白质合成增加是否足以增加T细胞的ATP需求进行探究，发现CHX抑制翻译迅速降低了慢性刺激T细胞的ATP消耗率，证实了蛋白质合成是慢性TCR刺激期间ATP的主要净消费者。慢性TCR刺激足以以MEKi可逆转的方式增加S5和S2处的RNAPII CTD磷酸化，即Pol II活性增加，这表明TCR依赖性MEK激活增加了整体转录起始和延伸，并证实了慢性TCR刺激以MEK依赖性方式导致新生RNA合成率增加。而MEK抑制剂处理导致与终末T细胞耗竭相关基因的新生转录减少，同时增加了与记忆相关基因的新生转录。MEK抑制增加了祖细胞样耗竭群体并减少了终末T细胞耗竭，但没有增加细胞毒性功能，因此没有改善病毒控制或增加免疫毒性。然而，联合MEK抑制和anti - PD1治疗部分恢复了终末T细胞分化、细胞毒性T细胞功能和病毒控制，同时维持了增加的祖细胞库并减少了体重减轻。

总的来说，研究揭示了CD8+ T细胞的慢性抗原刺激如何导致代谢功能障碍，并发现MEK驱动的ATP需求通过支持蛋白质合成（但以牺牲NAD+依赖性增殖为代价）来驱动终末T细胞耗竭。MEK抑制恢复了增殖能力，并维持了一种能够对免疫检查点阻断产生反应的祖细胞样耗竭T细胞状态。

https://www.cell.com/immunity/abstract/S1074-7613(26)00263-3

制版人：十一

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