Nrf2通过调控葡萄糖和谷氨酰胺代谢驱动CD4+T细胞活化依赖性扩增的机制研究

本研究揭示了转录因子Nrf2在CD4+T细胞活化过程中的关键作用。研究人员通过构建T细胞特异性Keap1敲除小鼠模型，结合RNA-seq、ATAC-seq和13C代谢流分析等技术，发现Nrf2通过增强TCR信号传导、促进谷氨酰胺代谢重编程，显著提升CD4+T细胞的增殖能力。该研究为免疫代谢调控提供了新靶点，对自身免疫疾病治疗策略开发具有重要启示意义。

　　

在免疫应答过程中，CD4⁺T细胞的活化扩增是适应性免疫的核心环节。然而，这种爆发式增殖背后的代谢调控机制仍存在诸多未解之谜。传统观点认为Nrf2（核因子E2相关因子2）主要参与氧化应激反应，但最新证据表明它可能通过调控细胞代谢影响免疫功能。当CD4⁺T细胞遭遇抗原刺激时，如何协调代谢重编程与增殖需求？哪些分子开关决定其对不同营养物质的偏好性？这些问题成为当前免疫代谢研究的关键瓶颈。

为解答这些科学问题，Aprajita Tripathi等研究团队在《Cell Reports》发表了突破性研究成果。研究人员采用多组学联用策略，通过构建T细胞特异性Keap1（Kelch样ECH关联蛋白1）敲除小鼠实现Nrf2的持续激活，结合流式细胞术、代谢通量分析、同位素标记等技术，系统解析了Nrf2在CD4⁺T细胞活化过程中的时空调控规律及其代谢调控网络。

主要技术方法

研究使用Keap1^fl/flCD4Cre和Nrf2^fl/flCD4Cre基因工程小鼠模型，通过体外抗CD3/CD28抗体刺激模拟T细胞活化。采用RNA-seq分析转录组动态变化，ATAC-seq检测染色质可及性，Seahorse能量代谢分析仪测定糖酵解能力，[U-¹³C]标记示踪谷氨酰胺和葡萄糖代谢流，并通过BrdU掺入实验评估增殖活性。

Nrf2在活化CD4⁺T细胞中的时序表达

研究发现Nrf2蛋白水平在活化后1-2天显著升高，第3天开始下降。通过Keap1敲除实现Nrf2持续激活后，其靶基因Nqo1（NAD(P)H醌氧化还原酶1）和Ho-1（血红素加氧酶1）表达显著增强。

染色质可及性与转录调控

ATAC-seq揭示Keap1敲除细胞存在11,234个特异性开放区域，与T细胞活化（Irf4）、增殖（Smim3）和代谢（Gls2）相关基因显著相关。RNA-seq显示IL-2信号通路（Stat5a/b）和TCR信号分子（Zap-70）表达上调。

T细胞活化与增殖表型

Nrf2高活性使CD4⁺T细胞早期活化标志物CD25（IL-2Rα）和CD69表达增加2-3倍，BrdU掺入率提高40%。但伴随caspase-3/7活性升高，提示增殖与凋亡平衡被打破。

代谢重编程特征

意外发现高Nrf2活性导致糖酵解能力下降（ECAR降低30%），但谷氨酰胺代谢显著增强：[U-¹³C]标记显示m+4 TCA循环中间体（苹果酸、柠檬酸）增加2倍。在0.02 mM谷氨酰胺限制条件下，Keap1敲除细胞增殖能力反低于野生型。

讨论与意义

该研究首次阐明Nrf2通过"代谢开关"机制调控CD4⁺T细胞命运：在活化早期通过开放染色质促进增殖基因表达，同时将代谢模式从糖酵解转向谷氨酰胺依赖。这种独特的代谢偏好性为理解自身免疫疾病（如多发性硬化症）中T细胞异常活化提供了新视角。研究提示临床使用Nrf2激活剂（如富马酸二甲酯）时需考虑其对T细胞亚群的差异化影响，为免疫代谢治疗策略开发奠定了理论基础。