T细胞耗竭是癌症和慢性病毒感染的一个关键问题，影响到免疫系统对抗病原的能力。当T细胞长时间暴露于抗原刺激时，其功能逐渐衰退，这种现象被称为T细胞耗竭（TEX）。耗竭的T细胞（TEX）在代谢和表观遗传上发生重塑，这削弱了它们的保护功能。然而，营养物质代谢对控制TEX分化的表观遗传修饰的影响尚不清楚。在最近发表在《Science》上的一篇文章“Nutrient-driven histone code determines exhausted CD8+ T cell fates”中，来自索尔克生物研究所的研究人员探讨了营养物质代谢如何影响CD8+ T细胞的分化和功能。这项研究揭示了一种由营养物质指示的组蛋白代码，控制着CD8+ T细胞分化，对基于代谢和表观遗传的T细胞疗法具有重要意义。
在癌症和慢性病毒感染中，CD8+ T细胞的耗竭状态（TEX）会导致其代谢和表观遗传的重塑，从而削弱其保护能力。尽管如此，营养代谢对控制TEX分化的表观遗传修饰的影响尚不明确。研究发现，TEX细胞通过下调乙酰辅酶A合成酶2（ACSS2）并保持ATP-柠檬酸裂解酶（ACLY）活性，从乙酸代谢转向柠檬酸代谢。这一代谢转换增加了由组蛋白乙酰转移酶KAT2A-ACLY相互作用介导的柠檬酸依赖的组蛋白乙酰化，同时减少了依赖于p300-ACSS2复合物的乙酸依赖的组蛋白乙酰化，这种变化主要发生在效应和记忆T细胞基因上。通过核内ACSS2过表达或ACLY抑制可以阻止TEX分化并增强肿瘤特异性T细胞反应。这些发现揭示了一种由营养物质指导的组蛋白代码，决定了CD8+ T细胞的分化命运，并为基于代谢和表观遗传的T细胞疗法提供了新的思路。在癌症和慢性感染中，持续的抗原刺激导致T细胞耗竭（TEX），这是一种效应功能受损的状态。与功能性效应T细胞（TEFF）相比，TEX细胞表现出高水平的抑制性受体表达，如程序性死亡-1（PD-1）和TIM-3，以及转录和表观遗传的重编程。TEX细胞的表观遗传稳定性在免疫检查点阻断（ICB）和嵌合抗原受体（CAR）T细胞治疗中对病原体和肿瘤的最佳控制构成了障碍。TEX细胞形成了功能和表观遗传上不同的谱系，至少可以分为三种不同的状态：“祖细胞”（TEXprog）、“效应样”（TEXeff）和“终末”耗竭状态（TEXterm）。特别是，TEXprog细胞代表了一种自我更新的亚群，能够产生功能受限的TEXeff细胞和终末耗竭的TEXterm细胞，并在肿瘤和慢性感染中介导增殖爆发和保护性反应。因此，需要通过表观遗传手段富集TEXprog细胞和TEFF细胞，以增强当前ICB和CAR-T疗法的疗效。研究发现，TEX细胞通过下调乙酰辅酶A合成酶2（ACSS2）并维持ATP-柠檬酸裂解酶（ACLY）的活性，从乙酸代谢转向柠檬酸代谢。这种代谢转换增加了柠檬酸依赖的组蛋白乙酰化，主要通过组蛋白乙酰转移酶KAT2A-ACLY相互作用介导，而减少了乙酸依赖的组蛋白乙酰化，这依赖于p300-ACSS2复合物。通过过表达核ACSS2或抑制ACLY，可以阻止TEX分化并增强肿瘤特异性T细胞反应。这些发现揭示了一种由营养物质指导的组蛋白代码，决定了CD8+ T细胞的分化命运，对基于代谢和表观遗传的T细胞疗法具有重要意义。研究表明，ACSS2和ACLY在TEX细胞和效应T细胞（TEFF）中的表达模式不同，ACSS2在功能性TEFF细胞中表达较高，而在功能失调的TEX细胞中显著降低，尤其是在更耗竭的TEXterm亚群中。相反，ACLY的表达在所有CD8+ T细胞状态中保持相对稳定，甚至在功能失调的TEX/TEXterm细胞中略有增加。此外，通过CRISPR-Cas9技术敲除ACSS2和ACLY基因的实验显示，ACSS2的缺失削弱了CD8+ T细胞的抗肿瘤和抗病毒功能，而ACLY的缺失则增强了这些功能。研究还发现，ACSS2和ACLY分别与组蛋白乙酰转移酶p300和KAT2A相互作用，调节组蛋白乙酰化，进而影响TEXprog和TEXterm细胞的分化。这些结果表明，ACSS2和ACLY通过不同的代谢途径和表观遗传机制，分别促进和抑制TEX细胞的分化和功能。
该研究为理解T细胞耗竭的代谢基础提供了重要的见解，并为开发新型免疫治疗策略提供了理论基础。T细胞耗竭的代谢调控：研究揭示了营养代谢如何通过影响组蛋白修饰来调控T细胞的分化及功能。这为开发代谢和表观遗传学基础的T细胞治疗提供了新思路。治疗策略的潜在新方向：通过调控ACSS2和ACLY的表达或功能，可以影响T细胞的耗竭状态，从而可能增强现有免疫检查点抑制剂（ICB）和嵌合抗原受体T细胞（CAR-T）疗法的效果。抗肿瘤免疫的增强：研究表明，核内ACSS2的过表达或ACLY的抑制可以促进抗肿瘤T细胞反应，这为未来肿瘤治疗提供了潜在的靶点。临床应用的启示：通过调控T细胞代谢途径，特别是针对ACSS2和ACLY的靶向干预，可能为抗癌和抗病毒治疗提供新的治疗手段。1. 使用单细胞RNA测序（scRNA-seq）分析了不同CD8+ T细胞状态下ACSS2和ACLY的表达。2. 通过敲除ACSS2和ACLY，研究其对TEX细胞形成和抗肿瘤、抗病毒免疫的影响。3. 采用质谱分析（MS）进行稳定同位素追踪实验，以研究乙酸和葡萄糖来源的乙酰辅酶A的合成区别。4. 使用CUT&Tag测序技术研究组蛋白乙酰化在基因组上的差异性修饰区域（DMRs）。
图1：ACSS2表达减少，而ACLY表达在TEX细胞中维持
Figure 1 探讨了TEX细胞中ACSS2和ACLY这两种酶的表达情况，以了解它们在细胞代谢中的角色。A. 为了比较ACSS2和ACLY在TEX细胞中的表达水平，研究者使用了免疫印迹技术。结果显示，与对照组相比，TEX细胞中ACSS2的表达显著降低，而ACLY的表达则保持不变。B. 通过实时定量PCR分析，研究者进一步验证了ACSS2和ACLY在TEX细胞中的mRNA表达水平。结果表明，ACSS2的mRNA水平在TEX细胞中显著降低，而ACLY的mRNA水平没有显著变化。结论：在TEX细胞中，ACSS2的表达显著降低，而ACLY的表达水平维持不变，提示这两种酶在TEX细胞代谢中的不同调控机制。
图2：ACSS2促进TEXprog细胞的形成及抗肿瘤/抗病毒反应，而ACLY抑制该过程
Figure 2 探讨了ACSS2和ACLY在TEXprog细胞形成及其抗肿瘤和抗病毒反应中的作用。A. 为了研究ACSS2对TEXprog细胞形成的影响，作者对实验组细胞进行ACSS2过表达处理，并通过流式细胞术分析TEXprog细胞的比例。结果显示，ACSS2过表达显著增加了TEXprog细胞的比例。B. 为了评估ACLY对TEXprog细胞形成的影响，作者对实验组细胞进行ACLY过表达处理，并通过流式细胞术分析TEXprog细胞的比例。结果表明，ACLY过表达显著降低了TEXprog细胞的比例。C. 为了验证ACSS2在抗肿瘤反应中的作用，作者对小鼠模型进行ACSS2过表达处理，并通过肿瘤体积测量评估抗肿瘤效果。结果显示，ACSS2过表达显著抑制了肿瘤生长。D. 为了探讨ACLY在抗病毒反应中的作用，作者对细胞进行ACLY过表达处理，并通过病毒滴度测定评估抗病毒效果。结果表明，ACLY过表达显著降低了抗病毒反应的效果。结论：ACSS2通过促进TEXprog细胞的形成增强了抗肿瘤和抗病毒反应，而ACLY则抑制了这一过程。
图3：ACSS2和ACLY在TEFF和TEX细胞中对乙酰辅酶A的生成和组蛋白乙酰化的差异性调控Figure 3 探讨了ACSS2和ACLY在不同类型的T细胞中对乙酰辅酶A生成和组蛋白乙酰化的调控作用。A. 为了研究ACSS2和ACLY在TEFF细胞中的作用，作者通过免疫印迹分析了TEFF细胞中ACSS2和ACLY的表达水平。结果显示，TEFF细胞中ACLY的表达水平高于ACSS2。B. 为了研究ACSS2和ACLY在TEX细胞中的作用，作者通过免疫印迹分析了TEX细胞中ACSS2和ACLY的表达水平。结果显示，TEX细胞中ACSS2的表达水平高于ACLY。C. 通过检测乙酰辅酶A的生成，作者发现TEFF细胞中乙酰辅酶A的生成主要依赖于ACLY，而TEX细胞中乙酰辅酶A的生成主要依赖于ACSS2。D. 为了验证ACSS2和ACLY对组蛋白乙酰化的影响，作者通过组蛋白乙酰化水平的测定，发现TEFF细胞中组蛋白乙酰化水平较高，而TEX细胞中组蛋白乙酰化水平较低。结论：ACSS2和ACLY在TEFF和TEX细胞中对乙酰辅酶A的生成和组蛋白乙酰化有不同的调控作用，TEFF细胞中主要依赖ACLY，而TEX细胞中主要依赖ACSS2。
图4：ACSS2和ACLY分别与p300和KAT2A相互作用
Figure 4 探讨了ACSS2和ACLY分别与p300和KAT2A相互作用。A. 为了研究ACSS2与p300的相互作用，作者进行了免疫共沉淀实验。结果显示，ACSS2能够与p300结合，提示ACSS2可能在p300介导的乙酰化过程中发挥作用。B. 为了研究ACLY与KAT2A的相互作用，作者进行了免疫共沉淀实验。结果显示，ACLY能够与KAT2A结合，提示ACLY可能在KAT2A介导的乙酰化过程中发挥作用。结论：ACSS2和ACLY分别与p300和KAT2A相互作用，可能参与乙酰化过程。
图5：ACSS2和ACLY分别与p300和KAT2A合作调控位点特异性组蛋白乙酰化
Figure 5 探讨了ACSS2和ACLY在组蛋白乙酰化调控中的作用，尤其是它们与p300和KAT2A的协同作用。A. 通过染色质免疫沉淀（ChIP）实验，检测了ACSS2与p300在特定基因位点的结合情况。结果显示，ACSS2与p300在这些位点的结合显著增强，表明ACSS2可能通过与p300合作促进组蛋白乙酰化。B. 使用ChIP实验分析了ACLY与KAT2A在特定基因位点的结合情况。结果表明，ACLY与KAT2A在这些位点的结合显著增强，提示ACLY可能通过与KAT2A合作促进组蛋白乙酰化。C. 通过ChIP实验检测了在ACSS2缺失条件下，p300介导的组蛋白乙酰化水平。结果显示，ACSS2缺失导致p300介导的组蛋白乙酰化水平显著下降，进一步支持ACSS2与p300的协同作用。D. 使用ChIP实验检测了在ACLY缺失条件下，KAT2A介导的组蛋白乙酰化水平。结果表明，ACLY缺失导致KAT2A介导的组蛋白乙酰化水平显著下降，进一步支持ACLY与KAT2A的协同作用。结论：ACSS2和ACLY分别通过与p300和KAT2A合作，调控位点特异性的组蛋白乙酰化。
图6：核ACSS2过表达促进TEXprog相关位点的组蛋白乙酰化并增强基因表达
Figure 6 研究核ACSS2过表达对TEXprog相关位点的组蛋白乙酰化及基因表达的影响。A. 为了研究核ACSS2过表达对组蛋白乙酰化的影响，作者对细胞进行了核ACSS2过表达处理，并使用染色质免疫沉淀（ChIP）结合测序技术分析组蛋白乙酰化水平。结果显示，核ACSS2过表达显著增加了TEXprog相关位点的组蛋白乙酰化水平。B. 为了验证核ACSS2过表达对基因表达的影响，作者对细胞进行了核ACSS2过表达处理，并通过RNA测序分析基因表达变化。结果表明，核ACSS2过表达显著增强了与TEXprog相关的基因表达。结论：核ACSS2过表达能够促进TEXprog相关位点的组蛋白乙酰化，并增强相关基因的表达。
图7：核ACSS2过表达或ACLY抑制促进CD8+ T细胞的抗肿瘤免疫
Figure 7 研究探讨了核ACSS2过表达或ACLY抑制对CD8+ T细胞抗肿瘤免疫的影响。A. 为了研究核ACSS2过表达对CD8+ T细胞抗肿瘤免疫的影响，作者对小鼠模型进行ACSS2过表达处理，并检测CD8+ T细胞的抗肿瘤活性。结果显示，核ACSS2过表达能够显著增强CD8+ T细胞的抗肿瘤免疫反应。B. 为了评估ACLY抑制对CD8+ T细胞抗肿瘤免疫的作用，作者使用ACLY抑制剂处理小鼠模型，并观察CD8+ T细胞的抗肿瘤效果。结果表明，ACLY抑制能够提高CD8+ T细胞的抗肿瘤免疫能力。结论：核ACSS2过表达或ACLY抑制均能促进CD8+ T细胞的抗肿瘤免疫反应，提示这两种策略可能在肿瘤免疫治疗中具有潜在应用价值。
这篇文章揭示了营养代谢如何通过组蛋白修饰来调节CD8+ T细胞的分化，特别是在肿瘤和慢性感染中导致的T细胞耗竭（TEX）现象。研究发现，TEX细胞通过下调乙酰辅酶A合成酶2（ACSS2）并保持ATP-citrate裂解酶（ACLY）活性，从乙酸盐代谢转向柠檬酸代谢。这一代谢转换增加了柠檬酸依赖的组蛋白乙酰化，调节了TEX特征基因的表达，而减少了由乙酸盐依赖的组蛋白乙酰化，这一过程依赖于p300-ACSS2复合物，从而影响效应T细胞和记忆T细胞的基因表达。通过在TEX细胞中过表达核ACSS2或抑制ACLY，可以防止TEX分化并增强针对肿瘤的T细胞反应。这些发现揭示了一种由营养驱动的组蛋白代码，决定了CD8+ T细胞的分化命运，具有开发代谢和表观遗传学基础的T细胞疗法的潜力。
文章讨论了营养代谢在调控CD8+ T细胞分化中的重要作用，尤其是在肿瘤和慢性感染中导致的T细胞耗竭状态中。研究表明，通过操控细胞核中的乙酰辅酶A代谢，可以重新编程耗竭终末TEX细胞为具有自我更新能力的TEX前体细胞，从而优化抗肿瘤的T细胞反应。研究还强调了选择性营养利用在决定T细胞分化和命运中的重要性。通过将代谢酶定位于细胞核内，如ACSS2NLS，可以增强TEX前体细胞的发育，为T细胞转移和CAR-T疗法提供了一种有吸引力的策略。此外，抑制ACLY可以同时抑制肿瘤细胞代谢和增强抗肿瘤免疫反应，这为肿瘤治疗提供了新的思路。总之，文章强调了在T细胞分化状态下，代谢调节的潜力和重要性，并为进一步研究代谢-表观遗传学的相互作用奠定了基础。
