孟庆元 薄禄龙 卞金俊
海军医院麻醉学部，上海
国际麻醉学与复苏杂志,,40(01):86-90.
DOI：10./cma.j.issn.-..01.
基金项目
国家自然科学基金面上项目（，）；
上海市优秀青年医学人才培养计划（YQ）
REVIEWARTICLES
近十年来，学界对免疫细胞的活化、分化及其功能的认识显著增加。新近研究表明，细胞代谢在免疫细胞功能调控中发挥重要作用。活化的免疫细胞通过改变其代谢途径而进行分化、增殖，并发挥功能。通过靶向调控免疫细胞的代谢途径，可影响免疫应答的产生、效应及转归，并干预某些免疫病理过程的发生和发展。本文总结了不同免疫细胞的代谢特点及其调控机制，并介绍靶向细胞代谢在免疫性疾病治疗中的应用进展。
1 免疫细胞的代谢特点
1.1 T细胞
静息状态下的幼稚T细胞主要通过葡萄糖有氧氧化或脂肪酸氧化产生ATP。而在激活后，效应T细胞的代谢则明显改变。即使在氧气充足的条件下，效应T细胞也依靠糖酵解产生ATP，该过程类似于Warburg效应。这种有氧糖酵解优先考虑生物合成中间体的早期生成，这对细胞活化、增殖和发挥功能是必需的。同时，磷酸戊糖途径与谷氨酰胺代谢的增强也有助于效应T细胞的生物合成功能。此外，记忆T细胞依赖脂肪酸氧化，线粒体备用呼吸能力增加。这些代谢变化有助于记忆T细胞迅速增殖，以便再次刺激时承担效应细胞的功能。
1.2 B细胞
相对于T细胞代谢研究的不断深入，对B细胞代谢的研究则较少。近年研究表明，细胞代谢在B细胞的活化与功能中也起到重要作用。B细胞受抗原刺激后，迅速增加葡萄糖摄取和糖酵解水平，而阻断糖酵解可抑制B细胞生长。失能的B细胞因糖酵解率降低而导致抗体分泌减少，提示糖酵解对B细胞的活化及功能具有重要影响。
1.3 树突状细胞（dendriticcell,DC）
DC是目前已知的功能最强的专职抗原递呈细胞，细胞代谢对DC的活化与功能具有重要影响。静息状态下的DC主要通过线粒体氧化磷酸化供能，活化的DC则依赖Warburg代谢而存活，乳酸生成增加，三羧酸循环（tricarboxylicacidcycle,TCA循环）减少。这种代谢变化促进未成熟DC活化并分化为成熟DC，使其能够递呈抗原和激活淋巴细胞，同时伴有细胞因子的生成。
1.4 巨噬细胞
巨噬细胞是初始免疫系统的重要组成部分，不同的细胞代谢导致巨噬细胞不同的极化状态，继而决定不同的功能。巨噬细胞活化后可分化为经典激活的巨噬细胞（M1型）和旁路激活的巨噬细胞（M2型）。M1型巨噬细胞主要依靠快速供能的无氧糖酵解获取能量，磷酸戊糖途径增加，脂肪酸氧化受到抑制。M2型巨噬细胞则通过氧化磷酸化生成ATP，同时脂肪酸氧化水平升高，磷酸戊糖途径减少。
1.5 中性粒细胞
中性粒细胞是机体对抗感染等外来入侵的首先反应细胞，具有趋化、吞噬和杀菌作用。中性粒细胞内线粒体少，耗氧率低，主要以有氧糖酵解和磷酸戊糖途径作为主要的能量代谢方式。在感受到感染信号后，中性粒细胞被病原相关分子模式（pathogenassociatedmolecularpattern,PAMP）等激活，通过增强糖酵解和磷酸戊糖途径产生还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（reducednicotinamideadeninedinucleotidephosphate,NADPH），在NADPH氧化酶作用下生成大量活性氧，发挥抗菌、杀菌功能。
1.6 自然杀伤细胞
自然杀伤细胞是机体重要的免疫细胞，不仅与抗肿瘤、抗病毒感染和免疫调节有关，而且在某些情况下参与超敏反应和自身免疫性疾病的发生，能够识别靶细胞。NK细胞在静息状态下主要利用氧化磷酸化获取能量，而在激活后糖酵解增强，促进NK细胞颗粒酶B和γ-干扰素（interferon-γ,IFN-γ）的表达，从而增强T细胞的免疫应答。
2 免疫细胞代谢的调控机制
2.1 c-Myc
由Myc致癌基因编码的转录因子c-Myc可改变细胞代谢途径，在细胞生长、增殖中起重要作用。c-Myc调控参与核糖体和线粒体生物合成的基因，调节葡萄糖和谷氨酰胺代谢。有研究表明，与野生型大鼠相比，Myc缺陷大鼠成纤维细胞线粒体质量降低，数量减少。重组Myc表达可部分恢复线粒体的质量和功能，这说明Myc在调节线粒体生物合成中起关键作用。Myc可直接调控葡萄糖转运蛋白（glucosetransporter1,GLUT1）、乳酸脱氢酶（lactatedehydrogenase,LDH）等糖酵解基因的表达，或间接调控miR-23a/b对谷氨酰胺酶（glutaminase,GLS）表达和谷氨酰胺代谢的抑制。此外，Myc缺陷显著降低活化诱导的糖酵解通量，导致己糖激酶2（hexokinase2,HK2）、丙酮酸激酶2（pyruvatekinaseisozymes2,PKM2）等关键酶减少，并抑制谷氨酰胺氧化的上调。
2.2 缺氧诱导因子（hypoxia-induciblefactor1,HIF）-1
HIF是bHLH转录因子家族的Per-Arnt-Sim（PAS）亚族的一个高度保守分子，是介导细胞和组织适应低氧环境的重要转录因子。HIF-1由α和β两个亚基组成。活化的HIF-1通过调控与代谢相关的基因或酶的表达，参与调节免疫细胞分化，影响免疫细胞功能。HIF-1α可上调GLUT1及糖酵解关键酶的表达，通过上调丙酮酸脱氢酶激酶1（pyruvatedehydrogenasekinaseisoform1,PDK1）的表达抑制丙酮酸进入TCA循环，从而抑制氧化磷酸化。二甲基草酰甘氨酸（dimethyloxalicglycine,DMOG）可上调HIF-1，促进叉头盒P3（forkheadboxP3,FOXP3）降解，从而抑制调节性T细胞（regulatoryTcell,Treg）的分化。HIF-1抑制剂脯氨酸羟化酶缺乏的巨噬细胞倾向于依赖糖酵解产能，PDK1水平升高，巨噬细胞迁移和吞噬能力降低，抑制HIF-1可恢复巨噬细胞的功能。
2.3 哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mammaliantargetofrapamycin,mTOR）
mTOR是一种进化上保守的丝氨酸/苏氨酸激酶，整合了多种环境信号来调节细胞生长、存活和增殖。mTOR存在于两种不同的蛋白质复合物（mTORC1和mTORC2）中，各自具有独特的靶点和功能。生长因子通过磷酸肌醇3-激酶/蛋白激酶B途径使mTOR抑制剂磷酸化，从而激活mTORC1。活化的mTORC1在转录和翻译水平都能增强HIF-1α的表达，从而刺激糖酵解和葡萄糖转运。此外，mTORC1通过增强固醇调节元件结合蛋白1（sterolregulatoryelement-bindingprotein1,SREBP1）的转录和翻译来促进脂质生物合成，通过抑制肉碱棕榈酰转移酶1A（carnitinepalmitoyltransferase1A,CPT1A）限制脂肪酸氧化。生长因子也可增强mTORC2的活性，mTORC2激活后可导致叉头盒蛋白O1（forkheadboxproteinO1,FOXO1）的乙酰化，从而启动Myc的释放。
2.4 AMP-活化蛋白激酶（AMP-activatedproteinkinase,AMPK）
AMPK是监测细胞能量水平的异源三聚丝氨酸/苏氨酸激酶复合物。AMPK活化后可抑制乙酰辅酶A羧化酶1（acetyl-CoAcarboxylase,ACC1），从而增强葡萄糖摄取，同时抑制葡萄糖、糖原和脂肪酸的合成。AMPK通过磷酸化和抑制ACC2促进脂肪酸氧化。AMPK还通过促进过氧化物酶体增殖物激活受体-γ共激活因子1α（peroxisomeproliferator-activatedreceptor-γco-activator1α,PGC1α）的转录活性，增强线粒体的生物合成和氧化代谢。因此，AMPK调节细胞代谢以限制能量消耗并补充生成ATP。而在长期能量缺乏的条件下，AMPK可通过磷酸化和激活丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶Unc-51样激酶1（serine/threonine-proteinkinase1,ULK1）促进细胞自噬。
3 靶向代谢在免疫性疾病中的应用
3.1 骨髓移植
在骨髓移植后移植物抗宿主病（graft-versus-hostdisease,GVHD）中，同种异体反应性T细胞的代谢水平发生显著改变。这些细胞不仅依靠有氧糖酵解产生ATP，还通过脂肪酸氧化提供能量。用13C标记GVHD小鼠T细胞的谷氨酰胺、葡萄糖和棕榈酸进行示踪代谢，发现参与TCA循环及核糖合成的谷氨酰胺增多，棕榈酸减少，表明脂肪酸优先被分解代谢进行氧化磷酸化，而谷氨酰胺被用作合成代谢的底物。代谢需求和重编程的这些差异表明，调控代谢可选择性抑制GVHD诱导的细胞活化。
F1F0-ATPase的小分子抑制剂，如BZ和LyC-，已被证明是GVHD代谢治疗的潜在药物。这些药物可阻止ATP生成，增加病原性淋巴细胞的线粒体极化，显著减少细胞因子产生，快速诱导致病细胞群凋亡，且不影响免疫功能的重建。乙莫克舍可抑制CPT1A，靶向脂肪酸氧化，抑制GVHD诱导的淋巴细胞持续活化。此外，乙莫克舍只减少多次分裂的CD8+T细胞增殖，并促进其凋亡，未分裂细胞并不受影响。
3.2 实体器官移植
实体器官移植也已经采用代谢治疗。实体器官移植中CD4+T细胞活化后很少依赖脂质代谢，而是通过有氧糖酵解生成ATP。研究发现，联合应用2-脱氧葡萄糖（2-deoxy-glucose,2DG）与二甲双胍能显著降低活化T细胞的糖酵解及相关细胞因子的生成。6-重氮基-5-氧代-L-正亮氨酸（6-diazo-5-oxo-L-norleucine,DON）是一种广泛抑制谷氨酰胺摄取和代谢的谷氨酰胺类似物。当上述两种药物与DON结合时，其效果更加明显。2DG、二甲双胍和DON的三联治疗能够抑制病原性CD4和CD8效应T细胞增殖，并且在皮肤和心脏移植中都能显著抑制完全MHC错配导致的同种异体移植物排斥反应。此外，由于Treg更依赖脂质代谢，三联治疗尽管抑制了CD4+T细胞的反应，实际上促进了抗原特异性Treg的产生。换言之，代谢治疗没有导致免疫应答的大规模抑制，而是根据不同的代谢，选择性抑制效应T细胞的反应，同时促进Treg应答。
3.3 系统性红斑狼疮（systemiclupuserythematosus,SLE）
在SLE中，病原性T细胞和其靶组织存在持续恒定的结合。因此，病原性T细胞具有长期活化的表型，代谢需求明显不同。SLE中的CD4+T细胞主要通过氧化磷酸化满足其能量需求。使用13C均匀标记的葡萄糖进行示踪实验发现，在NZB/W小鼠狼疮模型中，更多的氧变成二氧化碳，而在糖酵解或磷酸戊糖途径中没有变化。这种对氧化磷酸化依赖的增加与SLE患者T细胞的线粒体极化和质量增加相关，某种程度上是线粒体自噬减少所致。为探讨利用正常细胞和SLE细胞的代谢差异，Yin等采用2DG和二甲双胍治疗狼疮小鼠，发现体外给药能够阻止IFN-γ的生成，体内给药能够将细胞外酸化率和氧耗率降至正常水平。
3.4 脓毒症
在脓毒症早期，免疫细胞从有氧氧化转变为无氧糖酵解以应对其快速的能量需求。在脓毒症后期，机体进入免疫麻痹阶段，处于多重代谢障碍状态，不仅脂酸、有氧代谢受到明显抑制，细胞糖酵解等无氧代谢也呈低反应状态。有研究报道，重组人IFN-γ能诱导mTOR增加糖酵解，促进巨噬细胞向M1型极化，从而恢复单核/巨噬细胞系统的免疫功能。术后静脉给予谷氨酰胺能减少肺内中性粒细胞浸润和肝肺巨噬细胞凋亡，从而减轻炎症反应和脏器损伤。此外，改变免疫细胞的脂肪酸代谢也可能改善脓毒症患者的预后。Chen等研究表明，他汀类药物预处理可减少血清TNF-α、IL-6等炎症因子的产生，促进IL-10等抑炎因子的生成，从而抑制脓毒症大鼠多器官损害，提高生存率。
4 展 望
近年来，关于不同代谢途径对免疫细胞活化、分化及其功能的调控作用已有大量研究，并取得重要进展。靶向细胞代谢能够代替传统的免疫抑制方案，抑制自身免疫和移植排斥反应。这意味着治疗免疫性疾病新方法的开始，即采用靶向细胞代谢调节免疫反应。深入研究免疫细胞代谢特点，进一步揭示相关调控机制，可为靶向细胞代谢治疗免疫性疾病提供更多理论依据，为新的靶向药物研究建立基础。
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