清華新聞網(wǎng)9月30日電 近期，清華大學(xué)藥學(xué)院尹航教授團(tuán)隊(duì)揭示了核cGAS在適應(yīng)性免疫中的干擾素基因刺激蛋白（STING）非依賴(lài)性作用，建立了調(diào)控調(diào)節(jié)性T細(xì)胞（Treg）介導(dǎo)免疫耐受的cGAS-CTCF軸。在穩(wěn)態(tài)下，環(huán)狀GMP-AMP合成酶（cGAS）主要位于Treg細(xì)胞核內(nèi)，而在初始CD4陽(yáng)性T細(xì)胞（na?ve CD4? T）受到刺激后，環(huán)狀GMP-AMP合成酶（cGAS）的轉(zhuǎn)錄被激活并轉(zhuǎn)位入核。通過(guò)T細(xì)胞和Treg特異性cGAS敲除小鼠實(shí)驗(yàn)，研究表明cGAS在胸腺陽(yáng)性選擇期間通過(guò)TNFRSF共刺激分子促進(jìn)Treg分化，并穩(wěn)定FOXP3表達(dá)。在細(xì)胞和動(dòng)物層面，cGAS能夠維持Treg的免疫抑制功能以及腫瘤免疫耐受。
在天然免疫細(xì)胞中，環(huán)狀GMP-AMP合成酶（cGAS）是關(guān)鍵的胞質(zhì)DNA傳感器，能夠識(shí)別微生物來(lái)源或異常的自身雙鏈DNA（dsDNA）。cGAS被激活后可催化合成環(huán)狀二核苷酸2'3'-cGAMP，該分子進(jìn)一步結(jié)合并激活適配蛋白STING，從而啟動(dòng)TBK1-IRF3信號(hào)通路并誘導(dǎo)I型干擾素應(yīng)答。有趣的是，cGAS在富含T細(xì)胞的淋巴組織中普遍表達(dá)。在CD8?T細(xì)胞中，cGAS可通過(guò)AKT依賴(lài)性機(jī)制維持中心記憶T細(xì)胞表型，從而增強(qiáng)抗腫瘤免疫。盡管CD4?T細(xì)胞也表達(dá)cGAS，但其DNA識(shí)別能力卻主要依賴(lài)KU復(fù)合物，而非cGAS。這表明研究對(duì)cGAS在適應(yīng)性免疫中，尤其是CD4?T細(xì)胞生物學(xué)中的功能仍缺乏完整理解。
首先，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)流式分析發(fā)現(xiàn)cGAS敲除鼠的胸腺和脾臟Treg數(shù)量和比例明顯降低，且在與野生型骨髓的競(jìng)爭(zhēng)性移植模型中也體現(xiàn)出類(lèi)似的表型。進(jìn)一步分析胸腺細(xì)胞亞群揭示陽(yáng)性選擇明顯受損，而陰性選擇不受影響。利用scRNA-seq結(jié)合TCR測(cè)序?qū)d4CreCgasfl/fl與對(duì)照小鼠的CD4?CCR7?胸腺細(xì)胞進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組分析顯示，這些細(xì)胞可分為13個(gè)亞群，其中調(diào)節(jié)性T細(xì)胞（Treg）前體特征性表達(dá)Tnfrsf9（4-1BB）、Tnfrsf4（OX40）及Tnfrsf18（GITR）。在cGAS缺失胸腺細(xì)胞中，F(xiàn)OXP3?Treg數(shù)量減少，成熟tTreg標(biāo)志基因Nt5e（CD73）表達(dá)下降。同時(shí)，TCR信號(hào)強(qiáng)度報(bào)告基因Nr4a1的轉(zhuǎn)錄水平在Treg前體、preTreg及Treg中均顯著減弱。TCR譜系分析進(jìn)一步顯示，cGAS缺失胸腺細(xì)胞的TCR克隆型復(fù)雜度下降，且cGAS缺失Treg群體中TCR克隆呈過(guò)度擴(kuò)增，提示其多樣性受損。綜上，cGAS通過(guò)增強(qiáng)陽(yáng)性選擇中的TCR信號(hào)，維持tTreg分化與TCR庫(kù)多樣性。
圖1.CD4?CCR7?胸腺細(xì)胞的單細(xì)胞RNA測(cè)序（scRNA-seq）和T細(xì)胞受體測(cè)序（TCR-seq）分析
在胸腺正選擇過(guò)程中，tTreg前體依賴(lài)高強(qiáng)度TCR信號(hào)與CD28共刺激誘導(dǎo)c-Rel表達(dá)，從而上調(diào)OX-40、GITR等TNFRSF受體基因。單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組及流式分析提示，CD69?OX-40?胸腺細(xì)胞可作為DP階段的早期tTreg前體標(biāo)志。研究發(fā)現(xiàn)，cGAS缺失并不影響c-Rel及ThPOK、IRF4、Helios等轉(zhuǎn)錄因子表達(dá)，說(shuō)明CD28信號(hào)仍完整；但CD69?OX-40?比例及OX-40表達(dá)在前體階段即下降，后續(xù)CD25、NRP1、CD73等成熟標(biāo)志物亦減少，關(guān)鍵的CTLA-4表達(dá)亦下調(diào)。胸腺選擇過(guò)程中正向信號(hào)總量決定TCR親和力閾值及庫(kù)的形成，而腫瘤壞死因子受體超家族（TNFRSF） 信號(hào)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)高親和力克隆偏倚具有決定性作用。研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，體內(nèi)給予4-1BB（TNFRSF9）激動(dòng)性抗體可顯著增加CD25?FOXP3lo前體比例，并挽救cGAS缺失小鼠的缺陷，同時(shí)恢復(fù)其TCR Vβ5?克隆比例至野生型水平。這些結(jié)果表明，cGAS通過(guò)維持TNFRSF表達(dá)和信號(hào)強(qiáng)度，保障tTreg的有效選擇和TCR庫(kù)的穩(wěn)態(tài)。
圖2.T細(xì)胞cGAS條件性敲除tTreg的光譜流式分析
研究團(tuán)隊(duì)使用染色質(zhì)可及性測(cè)序（ATAC-seq）揭示了CTCF是cGAS調(diào)控tTreg染色質(zhì)可及性的關(guān)鍵協(xié)作因子，并證明了cGAS與CTCF存在內(nèi)源性相互作用。通過(guò)in situ Hi-C和CTCF轉(zhuǎn)錄因子CUT&Run差異分析，研究發(fā)現(xiàn)cGAS維持了Treg基因組的染色質(zhì)環(huán)結(jié)構(gòu)，且對(duì)招募CTCF至Tnfrsf位點(diǎn)起到關(guān)鍵作用。
圖3. 野生型和cGAS缺失tTreg的in situ Hi-C差異分析
研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)體外抑制試驗(yàn)證明了Treg的抑制功能依賴(lài)于cGAS。在B16腫瘤模型中，Treg特異性缺失cGAS的小鼠（Foxp3Cre-YFPCgasfl/fl）表現(xiàn)出腫瘤體積和重量顯著下降，與Treg穩(wěn)定性受損的表型一致。單細(xì)胞流式分析顯示，這些小鼠的腫瘤內(nèi)Treg比例和數(shù)量減少，同時(shí)CD8?T細(xì)胞比例增加，且其中耗竭型CD8?T細(xì)胞（Tex）減少。這表明，cGAS不僅維持Treg的發(fā)育，還在體內(nèi)外發(fā)揮關(guān)鍵的免疫抑制功能。
圖4.野生型和Treg條件性cGAS敲除小鼠的B16腫瘤模型分析
綜上，研究揭示了一種cGAS的STING非依賴(lài)性的胸腺Treg發(fā)育調(diào)控機(jī)制。cGAS與CTCF協(xié)作，通過(guò)染色質(zhì)重塑調(diào)控關(guān)鍵共刺激受體TNFRSF9和TNFRSF4的表達(dá)。Treg特異性cGAS敲除小鼠的Treg穩(wěn)定性受損，且黑色素瘤生長(zhǎng)顯著減弱。這些發(fā)現(xiàn)不僅拓展了對(duì)cGAS在天然免疫范疇以外的認(rèn)識(shí)，也揭示了其在維持免疫耐受中的核內(nèi)功能。
研究成果以“T細(xì)胞內(nèi)在的cGAS-CTCF調(diào)控維持調(diào)節(jié)性T細(xì)胞的發(fā)育和功能”（T cell-intrinsic cGAS-CTCF regulation maintains regulatory T cell development and function）為題，于9月16日發(fā)表于《細(xì)胞·報(bào)道》（Cell Reports）。
清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院2022級(jí)博士生李鴻鵬為論文第一作者，清華大學(xué)藥學(xué)院教授尹航為論文通訊作者。
論文鏈接：
https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(25)01073-3
供稿：藥學(xué)院
編輯：李華山
審核：郭玲
