CD28-PDK1-PANK4轴通过调控辅酶A合成与谷氨酰胺代谢重塑脂质合成促进CD4+T细胞增殖新机制

本研究揭示了CD28-PI3K信号通过PDK1直接磷酸化并抑制PANK4活性，增强辅酶A（CoA）合成与谷氨酰胺代谢，进而促进CD4+T细胞脂质合成和增殖。该机制在实验性结肠炎和流感病毒感染模型中得到验证，为靶向PANK4调控T细胞免疫应答提供了新策略。

　　

在T细胞介导的免疫应答过程中，T细胞通过识别抗原呈递细胞提供的特异性抗原被激活，进而启动T细胞受体（TCR）和CD28共刺激信号，引发克隆扩增。CD28-PI3K信号通路作为T细胞代谢重编程的核心调控者，支持其增殖所需的生物合成需求。然而，该通路如何直接调控脂质代谢通路仍不明确。近年来，代谢物本身对T细胞免疫的调控作用备受关注，特别是脂质代谢通路在调节T细胞功能中的作用逐渐被揭示。例如，抑制乙酰辅酶A羧化酶1（ACC1）或过氧化物酶体增殖物激活受体γ（PPAR-γ）会破坏CD4⁺T细胞的最佳增殖。尽管如此，CD28-PI3K通路在调控脂质合成中的直接作用机制尚未完全阐明。

在此背景下，Jeong-Ryul Hwang等研究人员在《Signal Transduction and Targeted Therapy》发表了题为“Pantothenate kinase 4 controls lipid synthesis for T-cell proliferation by modulating coenzyme A and glutaminolysis”的研究论文。该研究首次揭示PANK4（Pantothenate kinase 4）在TCR/CD28诱导的CD4⁺T细胞增殖中通过调控脂质合成发挥关键作用，并阐明CD28-PI3K-3-磷酸肌醇依赖性蛋白激酶1（PDK1）信号通路通过直接结合并磷酸化PANK4，负调控其磷酸酶活性，进而促进辅酶A（CoA）合成和谷氨酰胺代谢，最终支持CD4⁺T细胞的脂质合成和增殖。

为开展本研究，作者运用了多种关键技术方法：通过CRISPR-Cas9构建全球性Pank4基因敲除小鼠模型；利用免疫共沉淀（Co-IP）和体外激酶实验验证PDK1与PANK4的相互作用及磷酸化调控；采用Seahorse能量代谢分析系统检测细胞耗氧率（OCR）和细胞外酸化率（ECAR）；应用代谢组学和脂质组学分析代谢物和脂质变化；使用稳定同位素示踪技术（如U-¹³C葡萄糖和¹³C₅,¹⁵N₂谷氨酰胺）追踪代谢通量；通过体内实验模型（实验性结肠炎和流感病毒感染）评估Pank4缺失对CD4⁺T细胞增殖和免疫应答的影响。

CD28-PI3K信号抑制PANK4活性

研究人员首先在Jurkat细胞中稳定表达重组PDK1，通过标签pull-down和质谱鉴定发现PANK4与PDK1结合。免疫共沉淀实验证实，TCR/CD28刺激促进PDK1与PANK4的相互作用，且PDK1直接磷酸化PANK4并抑制其磷酸酶活性。在Pdk1缺陷的CD4⁺T细胞中，PANK4活性增强，CoA合成减少。

PANK4缺失的CD4⁺T细胞在激活过程中增殖增强

Pank4缺失不影响CD4⁺T细胞的早期TCR/CD28信号传导（如AKT、IκBα、ERK和JNK磷酸化）或活化标志物表达，但显著增强其增殖能力，增殖指数增加25.11%。

PANK4调控CD4⁺T细胞增殖中的脂质代谢

代谢分析显示，Pank4缺陷细胞具有更高的最大线粒体呼吸能力和储备呼吸能力，糖酵解水平也显著升高。全球代谢组学显示CoA水平显著增加，乙酰辅酶A和脂肪酸积累，而多种肉碱减少。脂质组学进一步证实，Pank4缺陷细胞中大多数脂质类型含量增加，且这些变化依赖于CoA的生物合成。

PANK4抑制辅酶A合成从而控制CD4⁺T细胞增殖的脂质合成

在泛酸（pantothenate）充足条件下，Pank4缺陷细胞中新合成的CoA和棕榈酸（C16:0 FA）标记显著增加，而泛酸剥夺则消除这些差异。脂肪酸合成酶（FASN）抑制剂处理或泛酸剥夺均 abolished Pank4缺陷细胞的增殖优势，表明CoA和脂肪酸可用性对脂质合成及T细胞增殖至关重要。

谷氨酰胺分解支持Pank4缺陷CD4⁺T细胞的脂质合成

稳定同位素示踪显示，Pank4缺陷细胞中谷氨酰胺分解增强，为脂肪酸合成提供碳源，并为CoA生物合成提供氮源。谷氨酰胺限制条件下，Pank4缺陷细胞的脂质积累和增殖优势消失，表明谷氨酰胺在支持脂质合成和增殖中的双重作用。

PANK4通过控制CD4⁺T细胞体内扩增调控免疫应答

在实验性结肠炎模型中，移植Pank4缺陷的初始CD4⁺T细胞导致更严重的结肠炎症状，CD4⁺T细胞在脾脏、肠系膜淋巴结和固有层中扩增增强。在流感病毒感染模型中，Pank4缺陷CD4⁺T细胞介导更强的免疫保护，病毒滴度降低，肺部病理改善。共移植实验进一步证实Pank4缺陷细胞在体内具有扩增优势。

讨论与结论

本研究首次揭示CD28-PI3K-PDK1信号通路通过直接调控PANK4活性，影响CoA合成和谷氨酰胺代谢，进而促进CD4⁺T细胞的脂质合成和增殖。与以往研究不同，本研究发现PDK1而非AKT直接调控PANK4，提示细胞类型特异性调控机制。此外，研究强调谷氨酰胺作为碳和氮双源代谢物在支持CoA生物合成和脂质合成中的重要作用。

PANK4缺失并不影响T辅助细胞分化，但显著增强增殖能力，表明PANK4主要调控T细胞增殖而非分化。在实验性结肠炎和流感病毒感染模型中，Pank4缺陷CD4⁺T细胞展现更强的扩增能力和免疫保护作用，提示靶向PANK4可能成为增强T细胞免疫应答的治疗策略。

综上所述，该研究深入阐明了CD28-PI3K通路通过PDK1-PANK4轴调控脂质代谢的新机制，揭示了PANK4在T细胞免疫应答中的关键作用，为代谢干预T细胞功能提供了新的理论基础和治疗靶点。