心磷脂维持调节性T细胞代谢适应性及肠道免疫稳态

《Nature Metabolism》：Cardiolipin preserves Treg metabolic fitness and immune homeostasis in the gut

　　

宿主与微生物群平衡的破坏会促进肠道炎症、结肠炎及炎症性肠病（inflammatory bowel disease, IBD）的发生，但其病理驱动因素究竟是宿主还是微生物因素仍不明确。本研究旨在探究心磷脂如何通过维持调节性T（regulatory T, Treg）细胞的代谢适应性来保障肠道-免疫稳态。研究发现，在T细胞中删除心磷脂合成酶蛋白酪氨酸磷酸酶线粒体1（protein tyrosine phosphatase mitochondrial 1, PTPMT1）会导致小鼠在菌群失调缺失的情况下因Treg细胞功能受损而易患结肠炎，随后条件致病菌感染会加速肠道炎症的进展与严重程度。机制研究表明，心磷脂的缺失损害了Treg细胞的代谢适应性并触发了适应不良的整合应激反应（integrated stress response, ISR），该过程可通过药物或遗传学手段逆转，从而恢复PTPMT1 ΔT小鼠的肠道稳态并延长其寿命。巴氏综合征（Barth syndrome）是一种以严重心磷脂缺乏为特征的遗传性疾病，同样表现出与辅助性T细胞失衡及活跃的ISR特征相关的胃肠道症状与炎症。综上，这些结果表明T细胞中的心磷脂介导的核-线粒体轴（mitonuclear axis）维持着肠道-免疫稳态，并决定了条件致病菌感染的结局。

研究背景与意义

肠道免疫系统必须在对食物抗原和共生微生物群的耐受与抵御入侵病原体之间保持精细平衡。宿主-微生物群互作失衡是驱动肠道炎症、结肠炎及炎症性肠病（IBD）的核心因素，但遗传（免疫）因素与微生物因素在病理发生中的主次地位长期存在争议。调节性T（T_reg）细胞作为组织稳态的“守门人”，其免疫抑制功能的发挥高度依赖于线粒体代谢适应性。心磷脂（cardiolipin）是仅定位于线粒体内膜的特征性磷脂，对维持呼吸链复合物稳定性至关重要。巴氏综合征（Barth syndrome）作为一种因TAFAZZIN基因突变导致的心磷脂重塑缺陷疾病，患者除心脏与神经系统症状外，常伴随胃肠道炎症，但其免疫学机制未明。本研究发表于《Nature Metabolism》，首次揭示了T细胞中由心磷脂缺乏触发的代谢-免疫轴在肠道稳态中的决定性作用，为理解IBD及遗传性代谢疾病的免疫并发症提供了全新视角。

主要技术方法

研究人员构建了T细胞特异性PTPMT1缺失小鼠模型（PTPMT1 ΔT）及T_reg细胞特异性缺失模型（PTPMT1 ΔT_reg）。通过在不同微生物环境设施中饲养小鼠及进行肝螺杆菌（Helicobacter hepaticus）感染实验，评估菌群与遗传背景的交互作用。利用单细胞RNA测序（scRNA-seq）、脂质组学、蛋白质组学及转录组学分析免疫细胞图谱与分子机制。采用透射电镜、蓝光原生凝胶电泳（Blue Native PAGE）及Seahorse能量代谢分析检测线粒体形态与功能。通过CRISPR-Cas9基因编辑、药理学抑制整合应激反应（ISR）及过继性T_reg细胞转移实验验证治疗靶点。同时，分析了巴氏综合征患者队列的临床数据与外周血细胞特征。

研究结果

肠道炎症与寿命缩短是PTPMT1 ΔT小鼠的标志

研究人员发现PTPMT1 ΔT小鼠体重增长滞后且中位寿命较野生型缩短约7个月。组织病理学分析显示小肠固有层出现隐窝结构改变、杯状细胞减少及CD45⁺免疫细胞大量浸润。单细胞测序揭示肠道免疫细胞组成发生重塑，促炎性巨噬细胞、树突状细胞及中性粒细胞频率显著增加并伴随干扰素-γ（IFNγ）与肿瘤坏死因子（TNF）信号通路激活，而免疫抑制性的T_reg细胞浸润减少。

辅助性T细胞失衡与T_reg损伤驱动肠道炎症

机制研究显示，PTPMT1缺失导致T_reg细胞频率降低且关键标志物（如GITR、NRP1、FOXP3、CTLA-4、ICOS）表达下调，这种功能障碍是细胞自主性的。过继转移野生型T_reg细胞可显著挽救PTPMT1 ΔT小鼠的致死性表型。值得注意的是，PTPMT1 ΔT细胞在向Th1或Th17细胞分化时虽能表达特异性转录因子，但无法产生效应细胞因子（IFNγ、IL-17a），且炎症仅局限于肠道，表明心磷脂缺乏主要通过损害T_reg功能而非过度激活效应T细胞引发结肠炎。

PTPMT1是T_reg细胞免疫抑制功能所必需的

通过构建T_reg特异性敲除小鼠（PTPMT1 ΔT_reg），研究人员证实雄性小鼠出现早发性自身免疫，表现为皮肤病变、脾肿大、多器官淋巴细胞浸润及CD4⁺、CD8⁺T细胞过度活化。体外抑制实验及体内T细胞过继转移结肠炎模型均证实，PTPMT1缺失直接导致T_reg细胞丧失抑制效应T细胞增殖的能力。

微生物群调节PTPMT1 ΔT小鼠的肠道炎症严重程度

将PTPMT1 ΔT小鼠置于不同微生物环境（ivRF A与ivRF B）中饲养，发现ivRF B中的小鼠结肠炎发病更早、更严重，血清炎症因子水平更高。宏基因组分析排除了基因型导致的菌群失调，但发现ivRF B中存在高水平的致结肠炎条件致病菌——伤寒螺杆菌（Helicobacter typhlonius）。口服感染肝螺杆菌（Helicobacter hepaticus）实验证实，PTPMT1 ΔT小鼠无法像野生型那样诱导T_reg细胞扩增来控制感染，反而出现病理性Th17细胞积累及中性粒细胞浸润，导致严重结肠炎。

心磷脂缺乏而非PGP积累驱动表型

脂质组学分析显示，PTPMT1缺失导致T_reg细胞中磷脂酰甘油（phosphatidylglycerol, PG）与心磷脂显著减少，其前体磷脂酰甘油磷酸（phosphatidylglycerophosphate, PGP）仅有轻微积累。利用CRISPR-Cas9敲除PGP合成酶PGS1，进一步阻断PGP积累，不仅未能挽救反而加剧了T_reg细胞的分化缺陷，证明PGP积累无毒，表型确由心磷脂缺乏驱动。

心磷脂缺乏通过多方面的线粒体失调激活T_reg细胞中的ISR

研究人员发现心磷脂缺乏导致线粒体碎片化、嵴结构异常、呼吸链超级复合物（respiratory chain supercomplexes, RCSs）组装受损及氧化磷酸化能力下降。同时，线粒体核糖体膜对接受损导致线粒体翻译效率降低。转录组与蛋白质组学分析揭示，这种代谢紊乱激活了适应不良的整合应激反应（ISR），表现为ATF4与CHOP（由Ddit3基因编码）上调及整体蛋白翻译抑制。

阻断ISR通过恢复T_reg谱型挽救PTPMT1 ΔT小鼠寿命

药理学抑制ISR（使用ISRIB）或遗传学敲除CHOP均可部分恢复心磷脂缺陷T_reg细胞的免疫抑制功能及关键标志物表达，且不依赖于线粒体呼吸功能的恢复。体内实验表明，CHOP敲除或ISRIB给药显著延长了PTPMT1 ΔT小鼠的寿命，减轻了多器官炎症。

巴氏综合征小鼠模型与患者中的炎症及T_reg改变

在模拟巴氏综合征的TAFAZZIN（TAZ）敲除小鼠中，研究人员观察到T_reg细胞分化缺陷、代谢受损及肠道炎症细胞浸润。对巴氏综合征患者登记数据库的分析显示，患者普遍存在生长发育迟缓及胃肠道症状。患者血浆中多种炎症因子（如IL-13、IL-23）升高，外周血单个核细胞（PBMC）分析显示T_reg细胞活化异常，伴随非T_regCD4⁺T细胞耗竭/衰老表型。公开数据集分析证实，TAZ缺陷组织中普遍存在ISR通路激活。

讨论与结论

本研究确立了T细胞中“心磷脂—ISR—核-线粒体轴”是维持肠道免疫耐受的关键机制。心磷脂缺乏通过损害T_reg细胞的代谢适应性与线粒体翻译，触发适应不良的ISR，导致免疫抑制功能丧失及对条件致病菌的易感性增加。这一机制独立于菌群失调，且在遗传性和获得性心磷脂缺陷模型中均保守存在。研究强调了线粒体代谢缺陷在遗传性代谢病（如巴氏综合征）免疫并发症中的核心作用，提示ISR可作为潜在的治疗靶点。此外，该研究为理解炎症性肠病（IBD）中宿主遗传与微生物环境的互作提供了新的免疫代谢框架，提示针对T_reg细胞代谢脆弱性的干预策略可能具有广泛的临床意义。