合肥综合性国家科学中心大健康研究院

大健康研究院发现苹果酸穿梭系统在耗竭T细胞中的主要功能是解毒氨

日期：2023/10/12来源：

苹果酸穿梭通常被理解为维持细胞质和线粒体之间的NAD+ /NADH平衡。苹果酸穿梭是否有其他功能尚不清楚。

2023年10月9日，合肥综合性国家科学中心大健康研究院吴晶霞、德国癌症研究中心崔国梁及南京医科大学王曦共同通讯在Nature Immunology 在线发表题为“The malate shuttle detoxifies ammonia in exhausted T cells by producing 2-ketoglutarate”的研究论文，该研究表明苹果酸穿梭能够通过产生2-酮戊二酸来解毒耗尽的T细胞中的氨。

研究发现慢性病毒感染诱导CD8+ T细胞表达GOT1, GOT1是苹果酸穿梭中的一种中心酶。Got1缺乏降低了NAD+ /NADH比值，限制了抗病毒CD8+ T细胞对慢性感染的反应；然而，增加NAD+ /NADH比值并不能恢复T细胞的应答。Got1缺乏减少了氨清除剂2-酮戊二酸(2-KG)的产生，导致CD8+ T细胞中氨的毒性积累。在缺乏Got1的T细胞中补充2-KG被同化和解毒的氨，可以恢复抗病毒反应。这些数据表明，苹果酸穿梭在CD8+ T细胞中的主要功能不是维持NAD+/NADH平衡，而是解毒氨，并使CD8+ T细胞在慢性感染期间持续氨中性谷氨酰胺分解代谢。

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CD8+ T细胞在抵抗传染病方面具有至关重要的功能。感染后，抗原特异性na?ve CD8+ T细胞进行克隆扩增并分化为抗感染效应T (Teff)细胞。在急性感染中，CD8+记忆T (Tmem)细胞在抗原清除后逐渐成熟，并提供长期的防止再感染的保护。在慢性感染中，CD8+ T细胞功能耗竭，被称为耗竭T (Tex)细胞。这些T细胞亚群在糖酵解和氧化磷酸化中具有不同的代谢特征。苹果酸穿梭间接地将糖酵解产生的烟酰胺腺嘌呤二核苷酸氢(NADH)转运到线粒体中，NADH通过氧化磷酸化转化为其氧化形式烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+) 。苹果酸穿梭是否以及如何调节CD8+ Tex细胞分化尚不清楚。

苹果酸穿梭中的关键酶是谷氨酸-草酰乙酸转氨酶1（GOT1或天冬氨酸氨基转移酶），它从2-酮戊二酸（2-KG）和天冬氨酸生成草酰乙酸和谷氨酸。氨基乙酸酯(AOA)对GOT1的药理抑制影响T细胞增殖。然而，有证据表明AOA是吡哆醛磷酸依赖酶的泛抑制剂，因此AOA可能不适合特异性和准确地评估GOT1的生物学功能。该研究使用了T细胞特异性消融Got1的小鼠品系。发现GOT1催化了一个非典型的转氨化学反应，产生了2-KG的氨清除剂。当线粒体呼吸被慢性感染抑制时，CD8+ T细胞需要GOT1以氨中性的方式解毒氨并分解谷氨酰胺。

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苹果酸穿梭和TCA循环相关的生化反应图示（图源自Nature Immunology ）

总的来说，该研究结果表明，慢性感染期间持续的TCR刺激诱导了GOT1。GOT1在呼吸抑制的CD8+ Tex细胞中催化一种非常规的化学反应，从而产生氨清除剂2-KG，其解毒是CD8+ Tex细胞生存所必需的。该研究表明，CD8+ Tex细胞通过将谷氨酰胺分解代谢从产氨途径重新连接到氨中性途径来适应持续的细胞外抗原刺激，从而促进CD8+ Tex细胞的代谢适应性。这些数据表明，苹果酸穿梭在CD8+ T细胞中的主要功能不是维持NAD+ /NADH平衡，而是解毒氨，并使CD8+ T细胞在慢性感染期间持续氨中性谷氨酰胺分解代谢。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41590-023-01636-5