Treg/Th17代谢特点及相关通路对Treg/Th17平衡的影响①

崔换天 蔡雨孜 王 丽 樊亚东 张翟轶 褚晓倩

(天津中医药大学,天津301600)

调节性T 细胞(T regulatory cell，Treg)与辅助性T细胞Th17(T helper17 cells,Th17)均属于CD4+T细胞亚群，Treg表达CD25和转录因子Foxp3，分泌IL-10诱导和维持机体的免疫耐受，在人体自身免疫平衡中扮演重要角色。Th17表达RORγT与IL-17，其分泌的IL-17可通过获得性免疫与先天性免疫系统联合的方式来促进机体免疫应答。Treg 和Th17细胞的动态平衡是维持免疫稳定的重要机制。研究发现，Treg 和Th17细胞调控关系的失衡与炎症[1]，肿瘤及自身免疫疾病密切相关[2,3]。炎症和自身免疫疾病患者出现Treg比例减少、并出现功能紊乱或调节缺陷，而Th17分化增加，从而引起一系列的免疫反应[1]。而肿瘤患者外周血中的Treg/Th17比例升高，进而诱发肿瘤的增殖与逃逸[2]。近些年，越来越多的研究表明Treg与Th17具有不同的代谢方式， mTOR信号通路、AMPK信号通路及一些小分子蛋白可通过调节细胞代谢影响Treg/Th17平衡。本文就细胞代谢及其调控机制与Treg/Th17平衡的相互关系作一综述。

1 Treg与Th17的代谢特点

初始T细胞(naive T cells)代谢较为缓慢，主要通过三羧酸循环获取ATP，当naive T cells 经TCR、共刺激分子/共抑制分子或细胞因子诱导分化为Th17或Treg，其细胞代谢方式开始发生变化，Th17与Treg对三大营养物质糖类、脂类及氨基酸的代谢需求也不同[3，4]。

1.1Treg/Th17糖类代谢特点 与Treg 相比，Th17中丙酮酸、乳酸及磷酸戊糖代谢途径中间产物含量较高，而Treg中三羧酸循环代谢途径中间产物含量较高，说明Th17主要通过糖酵解和谷氨酰胺氧化获取能量，而Treg更依赖于丙酮酸的氧化作用[5]。naive T cell经IL-17诱导成为Th17细胞后其糖酵解过程显著增加[6]。有人用己糖激酶抑制剂2-DG干预初始T细胞(naive T cells)去抑制其糖酵解过程，发现抑制糖酵解过程后naive T cells不可分化为Th17[6]。相比Th17，Treg糖酵解过程较弱，Treg中Foxp3可抑制Akt进而限制表达葡萄糖转运体1(Glucose transporter 1,Glut1)表达[7-9]。也有研究表明，葡糖激酶(Glucokinase,GCK)依赖的糖酵解过程可促进细胞骨架重塑影响Treg迁移[10]。提示Treg同样需要一定程度的糖酵解发挥相应功能。

1.2Treg/Th17脂类代谢特点 脂肪酸氧化为Treg获取能量的重要途径之一，与Th17细胞相比，Treg中乙酰肉碱C2及C4-OH含量增多，基因水平上同样脂肪酸氧化相关基因CPT1A及ETC在Treg表达显著高于Th17[5]。naive T cell 经β脂肪酸氧化抑制剂乙莫克舍(etomoxir)处理后不能分化为Treg[9]。

1.3Treg/Th17氨基酸代谢特点 Treg与Th17中天冬氨酸含量较其他氨基酸明显增多，说明天冬氨酸在Treg与Th17代谢中具有重要的作用[11]。此外，精氨酸通过阳离子转运蛋白4(Cationic transporters 4,CATI-4)进入T细胞并在精氨酸酶1及一氧化氮合成酶2的作用下被细胞代谢，维持Treg细胞功能[12,13]。亮氨酸和谷氨酸通过其转运体LAT1和ASCT2进入细胞，亮氨酸和谷氨酸可促进naive T cell 向Th17细胞分化[14]。缺乏亮氨酸及谷氨酸的环境时naive T cell 更易分化为Treg，且Treg分化不需要LAT1及ASCT2[15,16]。色氨酸也可作为芳香烃受体的配体参与Th17细胞分化[17,18]。

2 细胞代谢相关通路对Treg/Th17平衡的影响

2.1mTOR通路对Treg/Th17平衡的影响 哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin,mTOR) 在细胞中以复合物形式存在，包括哺乳动物雷帕霉素靶蛋白复合物1(mammalian target of rapamycin complex 1,mTORC1)和哺乳动物雷帕霉素靶蛋白复合物2(mammalian target of rapamycin complex 2 ,mTORC2)，是连接免疫细胞代谢与其他信号通路的中间分子[19]。其中mTORC1为雷帕霉素敏感性受体，在T细胞中，TCR、共刺激分子及细胞因子通过蛋白激酶B(Protein kinase B,Akt)激活mTORC1调节T细胞糖酵解、脂代谢、蛋白合成等代谢过程，进而影响T细胞的分化及功能[20，21]。相反mTORC2可激活AKt，参与细胞骨架合成及细胞生长等过程[22-24]。

2.1.1mTOR信号通路对Treg分化及功能的影响 传统研究认为mTOR可抑制Treg的分化与增殖[25-29]。抑制或敲除mTOR后，T细胞可分化为Foxp3+T细胞[25,27]。也有研究表明，抑制mTORC1的活性后T细胞不能向Treg分化[25]，提示mTORC1同样为Treg分化所必需。进一步研究表明， mTORC1在Treg中的磷酸化程度比naive T cell高，S6和4E-BP为其磷酸化位点[8]。对mTORC1中组分raptor特异性敲除以抑制mTORC1活性后，小鼠能自发性出现炎症类疾病。将正常小鼠的Treg回输给结肠炎模型小鼠可缓解结肠炎，而将raptor敲除小鼠的Treg回输给结肠炎模型小鼠不能缓解结肠炎，说明敲除raptor引起mTORC1功能缺失后， Treg的免疫抑制功能也会出现缺陷[8]。

此外，Akt可激活mTORC1从而抑制Treg分化[8，26]。Akt-mTORC1通路也可经神经胺1磷酸盐受体1(Phingosine 1-phosphate receptor type 1，S1P1)激活，进而抑制Treg分化[28，29]。naive T cell中同源性磷酸酶(Phosphatase and tensin homolog,PTEN)激活后可抑制Akt-mTORC1通路促进Treg分化[30]。缺失PTEN的Treg中mTORC2活性升高，并出现细胞功能缺失[31，32]。

2.1.2mTOR信号通路对Th17分化及功能的影响 mTORC1通过作用于缺氧诱导因子1α(Hypoxia inducible factor 1α， HIF1)促进Th17细胞分化[33]。H1F1可激活并调节丙酮酸脱氢酶(Pyruvate dehydrogenase kinase,PDK)活性抑制丙酮酸进入三羧酸循环，从而促进细胞糖酵解过程[34]。mTORC1也可通过GTP酶Rheb调控Th17分化。Rheb敲除小鼠不易引发脑脊髓炎，且Rheb敲除小鼠的T细胞不能分化为Th17细胞而可分化为Th2细胞。mTORC2与mTORC1在T细胞分化调节中起到了不同的作用，抑制mTORC2后T细胞不能像Th2细胞分化，但可向Th1及Th17细胞分化[35]。

此外，Akt可激活 mTORC1，促进naive T cell向Th1、Th2及Th17细胞分化[21,34,35]。又有研究表明，适当时间的缺氧后复氧最适宜Th17细胞分化及发挥功能，缺氧环境可诱导细胞内mTOR及H1F1表达，为细胞储存HIF1并促进Th17细胞分化，复氧后更有利于Th17产生IL-17发挥其功能，这一现象可解释炎症环境下Th17在缺氧淋巴组织增殖后，进入含氧量丰富的外周组织产生大量细胞因子的现象[36]。然而长期缺氧会使细胞表达DNA损伤转录诱导因子4(DNA-damage-inducible transcript 4,DDIT4)，DDIT4可抑制mTOR表达进而抑制Th17细胞分化[3]。初始T细胞过表达DDIT4及其相关长链非编码RNA lncDDIT4 后，向Th17细胞分化能力减弱[37]。

2.2AMPK通路对Treg/Th17平衡的影响 AMP蛋白激酶(AMP-activated protein kinase)是一个高度保守的三聚体由一个α催化基团和两个调节亚基(β和γ)组成。细胞处于能量匮乏或缺氧状态下，细胞内的ATP含量降低，AMP含量升高，增多的AMP与AMPK的γ亚基上crystathionine-β-synthase(CBS)区域大量结合，进而抑制α催化基团上苏氨酸的脱磷酸作用，使AMPK磷酸化并激活[38]。激活的AMPK通过抑制细胞合成代谢，促进分解代谢，为细胞储存[39]。

AMPK可抑制细胞糖酵解过程促进Treg分化[40]。AMPK 同样可通过调控脂肪酸合成及氧化过程中ACC1、ACC2、CPT1等关键酶活性抑制Treg内脂肪酸合成，促进其脂肪酸氧化[40-42]。此外，肝激酶B1(Liver kinase B1,LKB1)可通过AMPK调节Treg存活及功能， LKB1敲除小鼠体内Treg数量及功能缺失引发严重的自身免疫性疾病，Treg缺乏LKB1后线粒体功能，氧化磷酸化反应及ATP产生减少[43,44]。

2.3小分子蛋白对Treg/Th17平衡的影响 还有一些小分子蛋白可通过调节细胞代谢，影响Treg/Th17平衡。Treg中Foxp3可改变Treg代谢方式，抑制糖酵解，促进细胞氧化磷酸化及NAD氧化，这使Treg更加适应低糖高乳酸的环境[45]。雌激素受体α(Estrogen-related receptor alpha,ERRα)可促进细胞线粒体ROS活性促进Th17细胞分化，ERRα敲除小鼠体内Th17明显减少[46]。此外，ERRα拮抗剂XCT790可增强细胞脂肪酸氧化抑制葡萄糖代谢促进Treg分化[47]。肝脏x受体(liver x receptors, LXRs)可与SREBP-1c结合抑制细胞胆固醇合成， LXRs激动剂T0901317可缓解小鼠脑脊髓炎并抑制其体内Th17分化[48,49]，相反LXRs抑制剂GSK2033可促进Th17细胞分化[50]。

3 展望

随着研究的深入， Treg/Th17代谢的改变与免疫疾病密切相关。在系统性红斑狼疮患者中，mTORC1及mTORC2活性升高，IL-21可上调mTORC1及mTORC2活性从而减弱Treg的自噬，分化及功能[51]。雷公藤红素可下调Th17细胞mTOR、H1F1表达，促进Treg脂肪酸氧化调节Treg/Th17平衡缓解炎症及自身免疫性疾病[52]。Nedd4泛素连接酶E3家族激活剂(Ndfip1)可抑制Treg糖酵解及mTORC1活性缓解自身免疫性疾病[53]。研究Treg和Th17代谢及其相关调控机制有助于进一步了解Treg/Th17紊乱疾病的发病机制，为治疗Treg/Th17平衡紊乱相关疾病提供新的治疗靶点。