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2023年8月,奥地利维也纳圣安娜儿童癌症研究所Kaan Boztug教授研究团队在Blood杂志上发表了题为“Biallelic NFATC1 mutations cause an inborn error of immunity with impaired CD8+ T-cell function and perturbed glycolysis”的文章,该研究发现NFATC1功能丧失突变导致先天性免疫缺陷,主要表现为CD8+ T细胞功能受损和糖酵解紊乱。
研究背景
先天性免疫缺陷(inborn errors of immunity, IEI),又称原发性免疫缺陷(primary immunodeficiency, PID),患者通常存在免疫失调,从而易患感染性疾病、自身免疫性疾病、自身炎症和恶性肿瘤。T细胞在信号转导、基因表达和细胞代谢中具有重要作用。活化T细胞(NFAT)转录因子家族的核因子(TFs)调节T淋巴细胞的活化、存活、增殖和分化,以及生长因子、细胞因子和细胞间相互作用分子的转录。NFAT家族包括5个成员,其中NFATc1、NFATc2和NFATc3在淋巴细胞中强烈表达。每个NFATc成员在小鼠T淋巴细胞中均具有不同的作用,特别是在T辅助性17细胞(Th17)、T滤泡辅助性细胞(TfHs)和调节性T细胞(Tregs)的分化过程中。NFATc1是T细胞代谢的中枢调节因子。在生理条件下,活化的CD8+ T细胞将其代谢从氧化磷酸化(OXPHOS)转变为糖酵解。然而,NFATc对人体免疫稳态的贡献仍然知之甚少。
研究结果
在一个多代谱系中,研究人员发现了3例携带NFATC1双等位基因变异的患者,表现为复发性感染、低γ球蛋白血症和抗体反应下降。在这些患者中发现NFATC1复合杂合变异导致其稳定性下降,DNA和相互作用蛋白的结合减少(图1)。
图1 NFATC1突变的鉴定及分子功能分析
NFATC1突变患者的T细胞和B细胞在早期激活和增殖方面存在缺陷,将WT NFATC1基因重组到患者PBMCs中可恢复患者T细胞和B细胞的功能(图2)。
图2 NFATc1功能失调损害T细胞的功能
接下来,研究人员通过单细胞RNA测序分析NFATc1功能障碍如何影响患者淋巴细胞。转录谱证实naïve CD4+和CD8+ T细胞减少,基因集富集分析显示患者的能量/衰竭通路显著富集。总的来说,NFATc1功能失调导致患者T细胞慢性激活和细胞应激反应与能量增加(图3)。
图3 单细胞RNA测序揭示患者淋巴细胞特征
对患者T细胞代谢能力的评估显示,尽管氧化代谢过程完好无损,但NFATc1功能障碍使T细胞在刺激后无法参与糖酵解。NFATC1突变的T细胞可以通过增强脂质代谢(比如脂肪酸代谢)来补偿由于糖酵解缺陷引起的能量缺陷,从而导致T细胞激活反应延迟但不缺失(图4)。
图4 NFATc1功能失调T细胞刺激后糖酵解受损
结论
总的来说,该研究表明NFATC1功能丧失性突变导致了一种新的先天性免疫缺陷,并剖析了NFATc1作为转录因子的分子功能。NFATC1功能失调的T细胞使用补偿代谢通路,展示了转录缺陷遗传图谱中的代谢可塑性现象,为先天性免疫缺陷疾病的治疗提供新的思路。
参考文献:Sevgi Kostel Bal, Sarah Giuliani, Jana Block, et al. Biallelic NFATC1 mutations cause an inborn error of immunity with impaired CD8+ T-cell function and perturbed glycolysis. Blood. 2023 Aug 31;142(9):827-845.
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撰文:候美琪
编辑:刘振兴
审核:张贤钦
课题组网址 http://life.hust.edu.cn/info/1046/13645.htm
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