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Nature | 侯宇等解析神经-免疫调控新机制

BioArt · 公众号 · 生物 · 2024-10-17 08:30

正文

T细胞，也被称为T淋巴细胞，是人体免疫系统中的主要细胞之一。其中，作为重要的“指挥调节者”，CD4⁺ T细胞在T细胞介导的免疫应答中发挥重要作用。CD4⁺ T细胞分化产生不同类型的辅助T细胞，根据其分泌物和功能，可以分为辅助T细胞1 (Th1)、Th2、Th17和调节性T细胞 (Treg) 等多种亚群。Th1通常由来自于细胞内寄生的病原体如细菌、病毒等刺激分化产生，分泌干扰素γ (IFN-γ)、粒细胞巨噬细胞集落刺激因子（GM-CSF）等。Th2细胞主要参与体液免疫应答，通过细胞因子可以激活B细胞，促进B细胞分化为抗体产生细胞（浆细胞），产生特异性抗体，发挥防御功能。Th17细胞与其他免疫细胞之间存在相互作用与调控关系，也可通过自身调节来维持免疫系统的平衡。Treg细胞主要分泌TGF-β、IL-10等，具有免疫抑制功能。

然而，免疫应答是一把双刃剑，T细胞的过度异常激活或者T细胞不同亚群的比例失衡，会导致炎症，过敏，以及自身免疫性疾病等。因此，促进最佳的CD4⁺ T细胞谱系分化，挖掘细胞内在和外在的调节机制，是领域内值得探索的热点之一。

2024年10月16日，哈佛医学院/布莱根妇女医院Vijay K. Kuchroo课题组，在Nature发表了题为Neuropeptide signaling orchestrates T cell differentiation 的论文，其中第一作者侯宇博士，现为浙江大学良渚实验室“百人计划”研究员。本研究利用了小鼠体内以及体外的CRISPR-Cas9筛选系统，筛选了调节CD4⁺ T细胞分化的关键作用因子，揭示T细胞表达的神经递质受体（RAMP-CRLR）能够直接感知神经细胞分泌的降钙素基因相关肽（CGRP），从而响应病毒感染免疫反应，高效分化Th1细胞，实现有效的病毒杀伤。这一研究揭示了神经-免疫调控的新机制，为疾病的免疫治疗提供了新思路。

首先，本研究利用小鼠体内病毒感染模型，结合单细胞转录组分析，进行了小鼠体内Th1细胞分化的拟时序分析，鉴定Th1体内分化的动态表达图谱。随后，运用T细胞体外分化体系，建立Th1/Th2双分化系统，结合单细胞转录组分析，鉴定Th1细胞分化特异性高表达的基因。综上，结合T细胞体内和体外分化的表达模式，锁定基因功能筛选的候选基因（图1）。

其次，利用CRIPSR-Cas9基因筛选系统进行小鼠T细胞体内和体外分化的基因功能筛选（图2），并按照基因的功能进行排序，鉴定Th1分化的正向调节因子RAMP3。RAMP3能够与CRLR蛋白在细胞表面形成神经递质CGRP/ADM的受体，但是RAMP3在T细胞中调节Th1分化的具体机制还未可知。

接着，研究者确认了神经递质CGRP同样可以促进Th1细胞的分化，这与鉴定的RAMP3在T细胞中的调控作用一致。进一步运用RAMP3基因敲除的T细胞，研究者揭示了CGRP是通过T细胞表达RAMP3发挥调节作用。转录组测序显示CGRP激活T细胞中第二信使cAMP通路，cAMP的作用与CGRP高度一致，同样可以促进Th1细胞的分化。结合CUT&Tag测序，luciferase，western等实验，研究者进一步探究了CGRP通过RAMP3调控T细胞分化的作用机制：CGRP-RAMP3轴激活下游pCREB的表达，从而激活转录因子ATF3的表达，ATF3通过顺式作用上调Th1分化的关键转录因子STAT1的表达，从而促进T细胞向Th1亚群分化（图3）。

最后，研究者运用小鼠LCMV病毒感染模型进一步发现CGRP-RAMP3神经免疫轴在小鼠抗病毒免疫过程中的重要调控功能。在小鼠急性病毒感染的第7天，野生型小鼠中大部分病毒已经被清除，而在CGRP基因缺失的小鼠中仍有较高的病毒滴度，以及肿大的脾脏，其原因是在CGRP基因缺失的小鼠中没有激活有效的Th1免疫应答，说明CGRP的表达对Th1细胞介导的病毒清除过程至关重要。同样，在RAMP3基因缺失的小鼠中，研究者发现了和CGRP基因缺失小鼠中一样的现象，体现在病毒清除能力低下，肿大的脾脏以及受损的Th1细胞分化。利用小鼠T细胞移植转移模型，研究者进一步锁定了T细胞中RAMP3的表达对病毒感染诱导的体内Th1分化至关重要。

综上所述，作者通过单细胞测序，CRISPR-Cas9基因功能筛选鉴定了全新的神经-免疫调控轴，运用小鼠病毒感染模型，揭示了CGRP-RAMP3轴在激活有效的抗病毒免疫反应过程中的重要作用，为全面理解神经-免疫调控网络，探索新的免疫治疗靶点，提供了新的视角。

文章的第一作者侯宇博士，现加入浙江大学良渚实验室建立自己的独立课题组，任“百人计划”研究员和博士生导师。现诚聘2-4名博士后，专业背景不限，期待你的加盟。详情参见浙江大学教师主页：

https://person.zju.edu.cn/houyu。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-024-08049-w

制版人：十一

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