IFN暴露誘導(dǎo)的CD8 + T細胞線粒體異常加速系統(tǒng)性紅斑狼瘡病發(fā)

欄目:最新研究動態(tài) 發(fā)布時間:2021-05-11
系統(tǒng)性紅斑狼瘡(SLE)患者大多數(shù)存在I型IFN刺激基因(ISGs)的高表達。線粒體異常也有報道,但I型IFN暴露對這些變化的貢獻尚不清楚。


系統(tǒng)性紅斑狼瘡(SLE)患者大多數(shù)存在IIFN刺激基因(ISGs)的高表達。線粒體異常也有報道,但IIFN暴露對這些變化的貢獻尚不清楚。此外,IIFN通過上調(diào)脂肪酸氧化(FAO)和氧化磷酸化(OXPHOS)促進漿細胞樣樹突狀細胞(pDCs)的線粒體功能。本文數(shù)據(jù)表明,IIFN暴露通過代謝重編程促進CD8 + T細胞死亡,有助于SLE發(fā)病。本文于20213月發(fā)表在《Nature CommunicationsIF:12.121。

技術(shù)路線如下:

主要實驗結(jié)果如下:

1、ISGs高表達患者OXPHOS基因下調(diào)

為了確定是否T細胞的轉(zhuǎn)錄組特征可以幫助鑒定SLE患者的疾病活動,作者對來源于激活和未激活女性的CD8+ TCD4+ T細胞的mRNA進行測序。對DEGs進行聚類熱圖分析,發(fā)現(xiàn)SLE患者根據(jù)ISG表達水平被分為顯著的兩類:SLE-1SLE-2Fig. 1a, b)。在兩種T細胞中,SLE-2類群的患者具有更強烈的IIFN特征。在CD4+ T細胞中,這種特征伴隨著參與JAK-STAT信號和T細胞共刺激的基因,而在CD8+ T細胞中,ISG基因的高表達與基因參與細胞周期,響應(yīng)DNA損傷和凋亡有關(guān)Fig. 1a, b)。比較SLE-1SLE-2組的轉(zhuǎn)錄表達譜,結(jié)果顯示,除ISGs外,mtDNA編碼的OXPHOS基因的表達差異最大(Fig. 1c, d)。總之,SLE患者純化T細胞的轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析根據(jù)ISG表達水平將其分為兩組,表達高IIFN標(biāo)記的患者顯示線粒體編碼基因和線粒體相關(guān)代謝途徑的表達減少,在CD8 + T細胞中更明顯。這表明SLE中與IIFN相關(guān)的線粒體功能失調(diào)。

1健康志愿者和SLE患者CD8+ TCD4+ T細胞的轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析

 

2、ISGs高表達患者CD8+ T細胞線粒體異常

在研究IIFN信號與線粒體異常之間的潛在聯(lián)系之前,應(yīng)用計算機模擬和體外相結(jié)合的方法,根據(jù)IIFN信號的強弱程度對SLE患者進行分層:高水平的ISGs(IFN-high)、低水平的ISGs(IFN-low)和無ISGs(IFN-Neg)。隨后,探究IFN-highIFN-NegSLE患者中T細胞的線粒體基因型,以類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎(RA)患者為疾病對照。結(jié)果發(fā)現(xiàn),與健康組,IFN-Neg組和RA組相比,來源于IFN-highSLE患者的CD8+ T細胞表現(xiàn)出線粒體大小增加(圖2a,b)和線粒體膜超極化(圖2c)。在IFN-HighSLE患者中,也觀察到細胞ROS (cROS)陽性CD8+ T細胞比例增加,但只是線粒體ROS (mROS)染色細胞比例有上升趨勢(圖2d)。在IFN -NegSLE患者中也檢測到更高比例cROS陽性細胞,這表明了一種疾病特異性效應(yīng)(圖2d)。

顯微圖像補充了流式細胞術(shù)數(shù)據(jù),顯示在來IFN-HighSLECD8+ T細胞中,線粒體在形態(tài)上與IFN -NegSLE患者不同,在IFN-High CD8+ T細胞中,每個細胞的平均線粒體總體積更大(2e)。綜上所述,這些數(shù)據(jù)表明,在SLE患者中,長期暴露IFNα可能會觸發(fā)CD8+細胞的線粒體變化,但不會觸發(fā)CD4+T細胞的線粒體變化,這可能導(dǎo)致代謝紊亂的細胞,對其功能具有潛在的影響。

2 SLE患者總CD8+ T細胞的線粒體變化


3
、來自IFN-HighSLE患者的CD8+ T細胞的SRC減少

接下來比較了從SLE患者和HC外周血分選的離體CD4 + CD8 + T細胞的線粒體呼吸和有氧糖酵解。使用Seahorse細胞外通量分析儀,發(fā)現(xiàn)IFN-Neg患者的CD8 + T細胞具有與HC相似的基礎(chǔ)和最大耗氧量率(OCR),而IFN-High患者的CD8 + T細胞表現(xiàn)出較少的基礎(chǔ)和最大OCR(圖3a)。重要的是,在IFN-High CD8 + T細胞中,備用呼吸能力(SRC),反映細胞適應(yīng)能量需求增加的能力,顯著降低(圖3a)。SRC的降低伴隨著細胞內(nèi)ATP水平的一些降低(附圖9a)。另一方面,從相同患者中同時分離的CD4 + T細胞中未檢測到OCRSRC的顯著異常(圖3a)。接下來探索在IFN-High患者的CD8 + T細胞離體觀察到的代謝異常是否會導(dǎo)致T細胞缺陷。與健康對照和IFN-Neg SLE患者相比,IFN-High SLE患者的CD8 + T細胞自發(fā)死亡增加(圖3b)。總的來說,數(shù)據(jù)表明,IIFN通路的持續(xù)激活可能會降低CD8 + T細胞的代謝適合性,從而降低其存活能力。

3 SLE患者CD8+T細胞的代謝分析和凋亡率

 

4TCRIFN信號共同誘導(dǎo)CD8+ T細胞代謝重組

為了研究導(dǎo)致IFN-High CD8 + T細胞線粒體和代謝變化的連續(xù)事件,接下來使用來源于健康對照和結(jié)合了延長IFN處理和TCR活化(這是SLE患者中存在的兩種基本細胞信號)的細胞。盡管CD8 + T細胞暴露于IFNα 2天不會引發(fā)任何顯著的線粒體或代謝變化但7IFNα暴露,尤其是結(jié)合T細胞活化,可誘導(dǎo)mtDNA編碼基因表達下調(diào)(圖4a)和線粒體變化(圖4b)。然后,分析了CD8 + T細胞的氧化能力,發(fā)現(xiàn)在有或沒有CD3/CD28活化的情況下,7IFNα刺激顯著增強了基礎(chǔ)OCR,但沒有最大OCR,當(dāng)數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)化到每個樣本的基礎(chǔ)水平時,導(dǎo)致SRC降低,尤其是當(dāng)IFNα暴露與T細胞活化結(jié)合時(圖4c)。

IFNα和抗CD3/CD28磁珠長期刺激后CD8 + T細胞中SRC能力的降低表明生物能量適應(yīng)性受損。研究發(fā)現(xiàn),IFNα刺激的CD8 + T細胞在初始爆發(fā)后,與僅用CD3/CD28刺激的CD8 + T細胞相比,其氧化和糖酵解能力下降更快(圖4d)??傊褂媒】祵φ?/span>CD8 + T細胞的體外研究表明,雖然單獨延長IFNα處理能夠觸發(fā)可檢測的代謝改變,但只有IFNα暴露和T細胞活化的聯(lián)合才能表型復(fù)制IFN-High SLE患者CD8 + T細胞中觀察到的線粒體和代謝異常。

4. 7天內(nèi)IFNα暴露和T細胞活化引發(fā)的代謝變化

 

5、IFNα暴露誘導(dǎo)慢性激活CD8+ T細胞死亡

在建立重現(xiàn)SLE CD8 + T細胞代謝變化的實驗條件后,接下來研究了下游效應(yīng)。與SLE患者的離體數(shù)據(jù)一致,發(fā)現(xiàn)IFNα暴露延長聯(lián)合T細胞活化可促進CD8 + T細胞的自發(fā)死亡(圖5a)。與自發(fā)性細胞死亡數(shù)據(jù)一致,作者發(fā)現(xiàn)再激發(fā)后,暴露于IFNα的細胞中表達Annexin V的增殖性CD8 + T細胞百分比顯著增加(圖5b)。此外,在IFN刺激的細胞中檢測到較少的脫顆粒(CD107a陽性)和活化的(CD69CD25陽性)CD8 + T細胞(圖5c)??傊瑪?shù)據(jù)表明,IIFN改變了SLE患者CD8+ T細胞的代謝,導(dǎo)致TCR再激發(fā)后細胞存活率降低。

5. IFNα暴露7天誘導(dǎo)T細胞活化的變化

 

6、IFNα暴露增加CD8+ T細胞的NAD+的消耗

為了了解慢性IIFNCD8 + T細胞下游線粒體和代謝變化之間的機制聯(lián)系,首先在SLE患者CD8 + T細胞的轉(zhuǎn)錄組學(xué)數(shù)據(jù)中探索了哪些通路與IIFN信號相關(guān)。結(jié)果顯示煙酸/煙酰胺代謝途徑顯示出最高的相關(guān)性(圖6a),并且在IFN-high SLE患者的CD8 + T細胞中,NAD消耗酶,如ADP-核糖聚合酶(PARP9PARP10PARP12)和CD3828顯著上調(diào)(圖6b)。觀察到延長IFNαTCR刺激后CD8+T細胞中NAD +/NADH比值顯著降低(圖6d),該實驗條件模擬了在IFN-highSLE患者CD8 + T細胞中觀察到的線粒體和代謝異常,表明在活化的CD8 + T細胞中,IIFN信號引起的NAD消耗酶表達上調(diào)可導(dǎo)致NAD + 耗竭和隨后的線粒體功能障礙。

為了檢測補充NAD + 是否可以糾正IFNα刺激的下游效應(yīng),用1 mM β-煙酰胺單核苷酸(NMN)培養(yǎng)CD8 + T細胞以恢復(fù)NAD +/NADH比值(圖6e)。然后,評估了用抗CD3/CD28再刺激后的氧化反應(yīng)和細胞活力。補充NMNNAD + 增加了OCR(圖6f),但未增加ECAR,表明線粒體能力增加。重要的是,通過NMN處理恢復(fù)NAD + 的可用性改善了IFNα延長和TCR刺激后的細胞活力(圖6 g),表明NAD途徑調(diào)節(jié)這些活化的人CD8 + T細胞中的線粒體適應(yīng)性和細胞存活率??傊?,這些數(shù)據(jù)表明,在人TCR刺激的CD8 + T細胞中,延長IFNα暴露增加了NAD + 的消耗,并降低了NAD +/NADH比值。這導(dǎo)致再刺激后線粒體呼吸缺陷和細胞活力降低。NAD + 前體NMN糾正了這些代謝變化,提高了CD8 + T細胞活力。

6. IFNα增加NAD+消耗導(dǎo)致SCR降低和細胞活力

 

本文在一組臨床定義明確的SLE伴活檢證實的腎炎患者中進行的T細胞轉(zhuǎn)錄組學(xué)和代謝研究表明,高IFN信號可驅(qū)動CD8 + T細胞線粒體代謝途徑的變化,使其生物能量不適應(yīng)且更容易死亡。本文證明在SLE患者的CD8 + T細胞中觀察到的代謝重編程是延長IFNα暴露和TCR刺激的結(jié)果。在這兩種刺激的持續(xù)組合下,這可能是SLE患者特有的一種情況,CD8 + T細胞表現(xiàn)出與NAD + 消耗增強、線粒體氧化能力降低和存活率下降相關(guān)的PARP基因表達增加(圖7)??偟膩碚f,本文的發(fā)現(xiàn)證明高ISG特征與SLE CD8 + T細胞的代謝適合性之間的聯(lián)系,以及它們在壓力下或?qū)乖偌ぐl(fā)的反應(yīng)中存活的能力。

7. I型干擾素調(diào)節(jié)SLE患者CD8+T細胞的代謝適合度

 

參考文獻:

Buang Norzawani., Tapeng Lunnathaya., Gray Victor., Sardini Alessandro., Whilding Chad., Lightstone Liz., Cairns Thomas D., Pickering Matthew C., Behmoaras Jacques., Ling Guang Sheng., Botto Marina.(2021). Type I interferons affect the metabolic fitness of CD8 T cells from patients with systemic lupus erythematosus. Nat Commun, 12(1), 1980. doi:10.1038/s41467-021-22312-y