Nat Cell?Biol?|?自噬調節線粒體不對稱遺傳并控制早期CD8??T細胞命運

撰文|一只魚

高效的免疫應答依賴于不同免疫細胞間的協調配合，以及同類型細胞內部的多樣性。 CD8 ? T細胞 經活化后可分化出具有異質性命運的子代細胞 ， 初始T細胞的激活既能產生行使細胞毒效應功能的短壽效應細胞，也能生成具有自我更新能力、在抗原再次刺激時可分化的長壽記憶細胞 ， 但這些決定何時發生以及長壽記憶T細胞如何形成仍 不清楚。

近日，來自 英國牛津大學的 Anna Katharina Simon 研究團隊 在 Nature Cell Biology 上 發表題為 Autophagy-regulated mitochondrial inheritance controls early CD8 + T cell fate commitment 的 文章， 發現 自噬調控著CD8 ? T細胞中線粒體的 不對稱 遺傳模式 ， 自噬缺陷的T細胞無法清除有絲分裂前的老舊線粒體，導致其對稱遺傳。具有自噬功能且能不對稱分配線粒體的 T 細胞產生的子代細胞呈現不同的命運：保留老舊線粒體的細胞記憶潛能降低，而未遺傳老舊線粒體且線粒體周轉率更高的細胞則壽命更長，并在同源抗原刺激下表現出強大的擴增能力。這種早期命運分化 是 由差異化的代謝程序驅動 的 ，其中保留 老舊 線 粒體的細胞激活了一碳代謝 。

由于 CD8 ? T細胞的不對稱分裂導致細胞內容物的不均等遺傳，最終造成子代細胞間轉錄組的差異 ，研究人員首先 以CD8表達水平作為 效應樣（CD8 hi ） 和記憶樣（CD8 lo ）子代細胞的替代標志物，對初次分裂的CD8 ? T細胞進行全局蛋白質組分析 ， 鑒定出超過6,000種蛋白質 ， 發現多個蛋白質在兩類細胞群體中存在富集差異，其中許多蛋白質參與代謝、線粒體功能及生物合成過程。 由 于線粒體在T細胞命運中的 重要 作用， 他們 將研究焦點集中于 線粒體，并發現 效應樣（CD8 hi ）子代細胞繼承了更多產生活性氧（線粒體超氧化物指標）的線粒體 ， 產生活性氧的線粒體是自噬的靶標 ，他們驗證了 自噬缺失 會 完全消除 這種 不對稱遺傳 。 蛋白質組學比較分析進一步發現自噬缺陷及衰老小鼠CD8 ? T細胞中差異遺傳的蛋白質數量減少，且與線粒體功能相關的蛋白質在差異遺傳內容物中占比降低 。因此， 自噬不僅對維持細胞穩態至關重要，還在建立不對稱遺傳模式中發揮關鍵作用 。

接下來他們利用 MitoSnap 系統 來 精準區分“老舊”（分裂前已存在）與“新生”（分裂后合成） 線粒體， 將線粒體外膜蛋白25（OMP25）與SnapTag融合表達 的基因敲入小鼠 與 R26-Ert2 Cre 系雜交，從而在他莫昔芬處理后誘導SnapTag表達 ， SnapTag能共價結合帶有不同熒光基團的細胞滲透性底物，實現對線粒體的順序標記 。 對首次分裂子代CD8 ? T細胞進行流式細胞術分析鑒定出兩個主要群體：一個同時遺傳了分裂前老舊 （ MitoSnap hi ） 和分裂后新生 （ MitoSnap lo ）的線粒體，另一個則呈現SnapTag lo 信號 。并且發現 老舊線粒體呈現不對稱分配 ， 優先分離至CD8 hi 子代細胞中 ，而 自噬缺失 會 導致新舊線粒體均被滯留 ，消除這種不對稱分配。因此， 自噬 是 在不對稱分裂過程中將細胞器質量控制與細胞命運決定因子的不對稱遺傳相耦合 的關鍵機制 。接下來他們 比較了首次CD8 ? T細胞分裂后MitoSnap hi 與MitoSnap lo 細胞的命運軌跡 ， 發現原本為MitoSnap hi 的野生型細胞會轉變為MitoSnap lo ，而大多數自噬缺陷的CD8 ? T細胞則維持其MitoSnap hi 標記 。 用巴弗洛霉素A （BafA） 抑制自噬，發現標記衰減速度減緩， 而 使用 CCCP 誘導線粒體自噬時 ， MitoSnap hi 與MitoSnap lo 兩類初代子細胞均快速丟失新生線粒體標記 。因此， MitoSnap lo 細胞的出現同時依賴于分配不均與降解事件，而自噬在這兩種機制中均發揮作用 。為了研究 老化線粒體的遺傳是否影響體內CD8 ? T細胞的命運 ，他們 構建了OT-I CD45.1 MitoSnap小鼠，其CD8 ? T細胞表達特異性識別OVA 257–264 SIINFEKL肽段的轉基因TCR，從而能在宿主體內實現特異性激活與追蹤 。 通過過繼轉移初始OT-I MitoSnap細胞，隨后用表達OVA的李斯特菌感染，證實老舊線粒體的異質性遺傳同樣發生在體內：記憶前體細胞中MitoSnap lo 細胞更常見，而MitoSnap hi 細胞則呈現更高的顆粒酶B表達 ，且 MitoSnap lo 細胞的子代持續表現出更強的存活能力與再擴增潛能 ， 產生IFN-γ和TNF的量 也 顯著高于MitoSnap hi 細胞 ，提示 線粒體的不對稱遺傳為CD8 ? T細胞的早期命運分化提供了機制基礎 。

為評估遺傳不同線粒體池的功能后果， 他 們在無T細胞活化條件下用IL-2、IL-7和IL-15培養MitoSnap hi 與MitoSnap lo 細胞 ，發現 MitoSnap hi 細胞比MitoSnap lo 細胞增殖更快更均一，慢分裂細胞頻率更低，印證了其靜息程度較低的狀態可能促使細胞過早死亡。自噬缺陷細胞無論線粒體遺傳類型如何增殖均較慢，提示自噬在細胞周期調控中的作用。在細胞因子限制條件下（符合效應樣群體的預期），自噬正常的MitoSnap hi 細胞存活率降低，而MitoSnap lo 細胞則富集CD44 ? CD62L ? 記憶樣細胞 。因此， 線粒體的遺傳模式調控 T 細胞命運分化 。 蛋白質組與轉錄組分析表明，線粒體的不對稱遺傳產生了分化的代謝與轉錄程序，將更高的線粒體周轉率與增強的記憶潛能相耦聯 。 在轉錄組分析中， 他 們還發現一個富集 一碳代謝 相關基因的細胞簇 ， 該簇主要由MitoSnap hi 細胞構成，且相較于MitoSnap lo 細胞，MitoSnap hi 群體的一碳代謝特征更強 。 由于絲氨酸和甘氨酸是驅動一碳代謝的主要氨基酸， 他 們將分選的MitoSnap hi 與MitoSnap lo 細胞置于絲氨酸/甘氨酸缺失條件下培養3天，觀察到兩個亞群均出現表型轉變，效應樣CD44 ? CD25 ? CD8 ? T細胞子代比例降低 ， 絲氨酸/甘氨酸限制還提高了MitoSnap hi CD8 ? T細胞的體外存活率。靶向代謝組學分析結合13C-葡萄糖和13C-絲氨酸的流量分析結果顯示，因分配不均和線粒體周轉率較低而保留分裂前老舊線粒體的細胞，其絲氨酸豐度更高；同時觀察到來源于葡萄糖或絲氨酸的13C碳單元向這些氨基酸的流量存在輕微但顯著的升高 。因此， 異質性線粒體池的遺傳驅動T細胞命運分化 ，并且這 是由滿足代謝需求的差異化策略導致的：MitoSnap lo 細胞更靜息、線粒體周轉更快 ； 而MitoSnap hi 細胞保留老舊線粒體、依賴糖酵解并啟動一碳代謝 。

總的來說，這項研究 揭示了自噬調控CD 8 + T細胞線粒體的遺傳模式和細胞命運決定 ， 深化了 人們對于 分裂早期T細胞多樣性如何被 調控 的理解，并為開發調節T細胞功能的策略提供了理論支持 。

原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41556-025-01835-2

制版人： 十一

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