早期甲硫氨酸可用性通过调控KCa3.1精氨酸甲基化影响T细胞耗竭的分子机制

本研究揭示了T细胞激活早期甲硫氨酸(Met)代谢对T细胞命运决定的关键作用。研究人员发现，在TCR激活初期(30分钟内)限制Met供应会通过降低钙激活钾通道KCa3.1的精氨酸甲基化(R350)，增强Ca2+-NFAT1信号通路，促进T细胞耗竭。该发现为肿瘤微环境中T细胞功能障碍提供了新的代谢调控机制，并通过Met补充联合PD-1治疗展示了转化潜力。

　　

在肿瘤免疫治疗领域，T细胞耗竭(T cell exhaustion)是制约疗效的关键瓶颈。传统观点认为这种功能失调状态主要由慢性抗原刺激引起，但越来越多的证据表明，肿瘤微环境(TME)中的营养限制同样至关重要。其中，甲硫氨酸(Met)作为必需氨基酸和甲基供体，其代谢异常与T细胞功能的关系尚不明确。St. Jude儿童研究医院(St. Jude Children's Research Hospital)的Piyush Sharma等人在《Nature Immunology》发表的研究，首次揭示了T细胞激活初期Met可用性通过调控离子通道甲基化决定细胞命运的全新机制。

研究人员采用多组学联用技术，包括靶向代谢组学、CUT&RUN(染色质靶向切割与测序)、ATAC-seq(转座酶可及染色质测序)和定量蛋白质组学，结合基因编辑的OT-I/P14 TCR转基因小鼠模型、LCMV慢性感染模型和多种肿瘤模型(包括B16-OVA、MC38-OVA等)，系统研究了Met代谢对T细胞活化的影响。来自健康供体的外周血CD8⁺ T细胞和结直肠癌患者的肿瘤浸润淋巴细胞(TIL)为人类数据提供了支持。

"Met限制促进T细胞耗竭"部分显示，激活后10分钟内T细胞即出现Met快速消耗。通过建立精细的时间窗口模型(仅在TCR激活前30分钟限制Met)，研究发现短期Met缺乏(0.03 mM vs 0.1 mM)即可导致染色质可及性改变，上调PD-1、Tim-3等耗竭标志物，同时降低记忆相关转录因子TCF1表达。这种"代谢印记"效应在肿瘤模型和LCMV感染模型中均得到验证，表现为肿瘤控制能力下降和病毒清除障碍。

"胞外Met代谢调控Ca²⁺-NFAT1轴"部分阐明了分子机制。限制Met供应增强了TCR触发的钙内流，促进NFAT1核转位。CUT&RUN分析显示，NFAT1在耗竭相关基因(如Pdcd1、Tox等)位点的结合显著增加。值得注意的是，这种调控具有时间特异性，仅发生在TCR激活初期，且不影响NFAT2活性。

"KCa3.1甲基化调控NFAT1"部分揭示了关键靶点。甲基化蛋白质组学发现钙激活钾通道KCa3.1的精氨酸甲基化(R350)在Met限制条件下降低。分子动力学模拟表明，R350甲基化状态直接影响其与钙调蛋白(CaM)的结合稳定性：去甲基化增强通道活性，导致膜超极化增加和钙内流增强。通过CRISPR-Cas9构建KCa3.1^R350A突变体证实，甲基化缺陷型T细胞表现出NFAT1持续激活和耗竭表型。

"急性Met补充增强抗肿瘤T细胞功能"部分展示了转化价值。质谱检测证实TIL中Met水平比引流淋巴结(dLN)T细胞低50%。通过局部注射或饮食补充Met可降低NFAT1核定位，增加干细胞样T细胞(TCF1⁺)比例，在多种肿瘤模型中增强PD-1阻断疗效。特别值得注意的是，在CAR-T治疗实体瘤模型中，Met补充显著改善了治疗效果。

这项研究建立了"代谢-表观遗传-离子通道"调控T细胞功能的新范式，将传统认为的慢性耗竭过程追溯到激活初期的代谢事件。其重要意义在于：1) 提出T细胞耗竭的"代谢印记"概念，解释了微环境营养限制如何通过精氨酸甲基化产生持久影响；2) 发现KCa3.1甲基化作为Ca²⁺信号"分子刹车"的新功能；3) 开发了基于时间窗口的Met干预策略，为联合免疫治疗提供新思路。该研究同时提示，评估TME中Met动态变化可能成为预测免疫治疗响应的新指标。