c-Myc 连接 TGF-β 信号与代谢控制：OM10.1 细胞中 HIV 再激活的细胞内在机制

《Microorganisms》：c-Myc Links TGF-β Signaling to Metabolic Control of HIV Reactivation in OM10.1 Cells

　　

背景/目标：抗逆转录病毒治疗（antiretroviral therapy, ART）可抑制HIV复制，但不能清除持续存在的病毒库，治疗中断后病毒血症可迅速重新建立。研究人员此前表明，在体内阻断转化生长因子β（transforming growth factor beta, TGF-β）信号可促进SIV潜伏逆转，并与细胞代谢静止的逆转相关。方法：在本研究中，研究人员使用前病毒感染的早幼粒细胞OM10.1细胞系，研究TGF-β调控HIV再激活的细胞内在机制。结果：TGF-β抑制由不同潜伏逆转剂（latency-reversing agents, LRAs）刺激后的前病毒再激活，且该效应可被TGF-β信号的药理学抑制所逆转。TGF-β降低HIV转录，但不抑制肿瘤坏死因子α（tumor necrosis factor alpha, TNF-α）诱导的核因子κB（nuclear factor kappa B, NF-κB）激活，提示其通过替代机制抑制。bulk RNA测序显示c-Myc相关通路、氧化磷酸化（oxidative phosphorylation, OXPHOS）和mTORC1信号被广泛抑制。功能性代谢谱分析证实糖酵解和线粒体ATP产生显著减少，且线粒体膜极化降低。与代谢和病毒再激活之间的功能联系一致，线粒体解偶联强烈抑制HIV表达。最后，MYC过表达完全拯救TGF-β处理细胞中的HIV转录，并部分恢复p24产生。结论：总之，这些发现识别出一种细胞内在机制，即TGF-β通过施加代谢静止状态限制HIV再激活，至少部分通过抑制c-Myc介导。

论文解读：c-Myc 连接 TGF-β 信号与 OM10.1 细胞中 HIV 再激活的代谢控制

研究背景与问题：现代抗逆转录病毒治疗（antiretroviral therapy, ART）可持久抑制HIV-1复制，但不能清除持续存在的病毒库，治疗中断后病毒血症可迅速反弹，因此需要终身治疗，病毒库仍是HIV治愈的主要障碍。病毒库持续由转录和表观遗传调控、细胞分化与激活状态、细胞因子信号及组织微环境等多重机制控制。转化生长因子β（transforming growth factor beta, TGF-β）是一种多效免疫调节细胞因子，可影响细胞激活、分化和静止。在CD4⁺ T细胞中，TGF-β通过诱导FOXP3促进调节性T细胞分化，并提高T细胞激活阈值，从而维持静止状态；TGF-β也塑造髓系细胞分化与功能，包括组织驻留巨噬细胞程序，并是黏膜免疫稳态的中心调节者。这些效应与HIV持续存在相关，因为感染细胞的激活和代谢状态可影响病毒转录。已有证据将TGF-β信号与HIV/SIV持续存在直接联系：TGF-β是体外原代CD4⁺ T细胞潜伏模型的常见组分，感染激活细胞可向静止状态转变，表现为增殖、效应功能和病毒转录降低；在单核/巨噬细胞谱系中，TGF-β可直接抑制HIV表达和复制。研究人员所在团队此前在体内证明，药理学阻断TGF-β信号可再激活HIV/SIV病毒库并增强抗病毒免疫应答；在SIV感染恒河猴中，TGF-β阻断促进效应记忆T细胞表型并伴随广泛代谢重编程；单细胞分析进一步表明，这些代谢变化发生于SIV转写细胞本身，并将TGF-β信号与细胞代谢活动抑制和病毒转录抑制联系起来。然而，TGF-β诱导代谢抑制并最终限制HIV转录的细胞内在机制仍不明确。为此，研究人员使用前病毒感染的OM10.1髓系细胞模型，假设TGF-β通过降低细胞代谢活动限制HIV再激活。研究发现，TGF-β广泛抑制糖酵解和线粒体代谢并显著抑制c-Myc信号；恢复MYC表达可拯救HIV转录并部分恢复病毒蛋白产生，从而将c-Myc依赖的代谢重编程确定为TGF-β介导HIV再激活抑制的重要组分。

关键技术与方法概述：研究人员使用前病毒感染的早幼粒细胞OM10.1细胞系，该细胞系来源于HL-60细胞。主要方法包括：用PMA（佛波醇12-肉豆蔻酸酯13-乙酸酯，phorbol 12-myristate 13-acetate）或TNF-α（肿瘤坏死因子α，tumor necrosis factor alpha）诱导潜伏逆转，并用TGF-β及TGFβRI/ALK5抑制剂galunisertib（Gal）或SB 525334处理；流式细胞术检测p24⁺细胞、磷酸化NF-κB p65、p-AKT、TMRM（四甲基罗丹明甲酯，tetramethylrhodamine methyl ester）线粒体膜电位及表面标志；RT-qPCR检测TAR、Gag、c-Myc和SRM转录；bulk RNA测序及Hallmark基因集GSEA（基因集富集分析，gene set enrichment analysis）；Seahorse XFe96 ATP Rate Assay测定糖酵解和线粒体ATP产生；BAM15线粒体解偶联；通过电穿孔质粒和LNP（脂质纳米颗粒，lipid nanoparticle）递送c-Myc mRNA进行MYC过表达。样本来源为OM10.1细胞系，非原代患者队列。

研究结果：
3.1 TGF-β Inhibits Proviral Reactivation in OM10.1 Cells（TGF-β抑制OM10.1细胞中的前病毒再激活）：用PMA或TNF-α刺激后，流式检测显示TGF-β使p24⁺细胞频率较基线降低约40.0%，而Gal或SB 525334可逆转该效应；Gal单独轻度增强再激活，提示解除内源性TGF-β张力。由于TNF-α驱动自分泌正反馈，加入抗TNF-α中和抗体后TGF-β抑制效应增强。TAR和Gag RT-qPCR显示，4 h时TNF-α增加TAR和Gag转录，TAR增加更明显；TGF-β不显著改变Gag，仅轻度降低TAR，TAR:Gag比值大致不变。18 h时，TGF-β显著降低Gag和TAR转录，并小幅显著增加TAR:Gag比值。结论是TGF-β抑制HIV转录，并可能额外影响转录延伸。

3.2 TGF-β Suppresses c-Myc Signaling and Metabolic Pathways（TGF-β抑制c-Myc信号和代谢通路）：检测磷酸化NF-κB p65和p-AKT后，未发现TGF-β通过抑制NF-κB或AKT通路发挥作用。TGF-β诱导表型重塑：CD11b和CD25降低，HLA-DR、CD80、CD86增加，CD163强烈诱导，提示向具有免疫调节特征的巨噬细胞样表型重塑。RNA测序中，PCA（主成分分析，principal component analysis）显示TGF-β组沿PC1分离；差异表达基因分析显示TGF-β上调上皮-间质转化、HIF-1α信号和免疫抑制相关基因，下调代谢调节、免疫细胞成熟分化及凋亡相关基因；Gal和SB限制TGF-β转录反应。GSEA显示TGF-β富集TGF-β信号、上皮-间质转化和缺氧通路，耗竭c-Myc Targets V2/V1、mTORC1信号、OXPHOS和糖酵解通路。RT-qPCR确认c-MYC和MYC靶基因SRM下调。结论支持TGF-β驱动的HIV转录抑制与代谢降低相关，c-Myc可能是介导因素。

3.3 TGF-β Impairs Metabolic Function and Mitochondrial Polarization（TGF-β损害代谢功能和线粒体极化）：Seahorse分析显示，TGF-β降低糖酵解和线粒体ATP产生，Gal可大部拯救，但Gal单独部分抑制线粒体ATP。TMRM检测显示TGF-β降低线粒体膜电位，Gal可阻断该效应。BAM15线粒体解偶联强烈抑制再激活，且不显著影响细胞活力。结论是代谢能力与病毒再激活之间存在功能联系。

3.4 MYC Overexpression Rescues TGF-β-Mediated Inhibition of Latency Reversal（MYC过表达拯救TGF-β介导的潜伏逆转抑制）：电穿孔空载体或c-Myc质粒后，用TNF-α±TGF-β处理，18 h qPCR显示电穿孔本身具有刺激作用；TGF-β降低对照质粒转染细胞的gag和TAR转录；MYC过表达在TGF-β存在下使gag和TAR恢复至或高于对照质粒加TNF-α水平，并使TAR:Gag比值转向对照加TNF-α水平。p24检测显示MYC过表达仅部分恢复病毒蛋白，LNP递送c-Myc mRNA结果一致。结论是恢复MYC足以克服TGF-β对HIV转录的阻断，但TGF-β还存在下游或转录后效应。

讨论部分总结：讨论指出，TGF-β已在细胞系、原代细胞和SIV感染猕猴体内被牵涉抑制HIV/SIV再激活。本研究扩展了既往观察，定义了一种细胞内在机制：在OM10.1细胞中，TGF-β降低对再激活刺激的反应，并协调抑制糖酵解、OXPHOS、mTORC1和c-Myc信号；这些转录变化伴随糖酵解和线粒体ATP产生减少及线粒体膜极化降低。最重要的是，恢复MYC可克服TGF-β介导的HIV转录抑制并部分恢复病毒蛋白。由此支持一个模型：TGF-β至少部分通过施加MYC-low、代谢静止的细胞状态限制HIV再激活。TGF-β能抑制不同刺激诱导的再激活，说明其效应不限于单一潜伏逆转通路；TNF-α反应降低也不能简单由上游信号激活失败解释。无偏转录组指向代谢通路，尤其c-Myc相关程序；BAM15独立抑制再激活进一步支持代谢能力本身贡献HIV表达。c-Myc是细胞生长和代谢的中心调节者，协调糖酵解、OXPHOS、谷氨酰胺分解等。TGF-β可通过Smad3/E2F4/5/p107抑制复合物募集至c-MYC启动子直接抑制其转录。MYC过表达恢复gag和TAR但仅部分恢复p24，提示TGF-β存在c-Myc依赖性转录控制之外的限制。TAR:Gag比值变化及MYC过表达减少该变化，提示MYC可能通过招募P-TEFb（正转录延伸因子b，positive transcription elongation factor b）影响转录延伸。局限包括：OM10.1为HL-60衍生早幼粒细胞系，不能完全重现原代HIV感染髓系细胞生物学；HL-60细胞c-Myc失调可能放大依赖；电穿孔扰动细胞激活和代谢，无法直接确定MYC是否逆转TGF-β诱导的代谢表型。

研究结论翻译：总体而言，这些发现识别出抑制c-Myc和细胞代谢是TGF-β限制HIV再激活的细胞内在机制。它们提供了一个机制框架，将研究人员此前体内观察到的TGF-β依赖代谢静止与病毒转录直接调控联系起来，并将c-Myc置于TGF-β信号、细胞代谢状态和HIV再激活的交叉点。