1型糖尿病中调节性T细胞与效应性T细胞的转录及表型异质性重塑：免疫检查点-炎症-代谢轴

《Molecular Biomedicine》：Transcriptional and phenotypic alterations of regulatory and effector T cells in type 1 diabetes mellitus

　　

1型糖尿病（T1DM）以胰腺β细胞破坏为特征，其中调节性T细胞（Tregs）功能障碍导致免疫耐受受损。然而，Tregs异质性仍未完全阐明，限制了当前疗法的有效性。研究人员整合转录组、流式细胞术、血糖相关性及跨模型验证，以表征链脲佐菌素（STZ）诱导的T1DM小鼠模型中Tregs和效应性T细胞（Teffs）的失调。Tregs表现出增殖性、效应样、谱系不稳定及代谢重编程特征，以T1DM中Melk、Prf1、Gzma和Hk2表达升高及Tnfsf15、Irak3和Zeb2表达降低为标志，并涉及Nfatc2、Elk1和Ahr的转录因子网络改变。流式细胞术进一步显示，脾脏Tregs频率显著增加，伴随程序性细胞死亡蛋白1（PD-1）、含Ig和ITIM结构域的T细胞免疫受体（TIGIT）、淋巴细胞激活基因3（LAG3）及T细胞免疫球蛋白和黏蛋白结构域蛋白3（TIM3）的广泛上调。同时，糖蛋白A重复优势（GARP）和潜伏相关肽（LAP）表达降低，而白细胞介素（IL）-17和干扰素-γ（IFN-γ）分泌增加，提示Tregs呈高检查点表达和炎症特征表型。跨模型分析在C57BL/6、非肥胖糖尿病（NOD）及人类数据集中鉴定出一致的IL-15、IL-36 A、E2F及代谢程序，包括共享基因Smad3、Mki67和Cxcr4。Teffs在T1DM中也表现出过度激活但转录失衡的表型。总之，研究人员的发现揭示了Tregs和Teffs的转录和表型改变，为T细胞失调提供新见解，并可能为T1DM中基于Treg的免疫治疗开发提供信息。

论文解读：该研究针对1型糖尿病（T1DM）中胰腺β细胞破坏及调节性T细胞（Tregs）功能障碍所致免疫耐受受损，指出Tregs异质性认识不足限制现有疗法，且单纯胰岛素治疗和现有免疫调节治疗长期疗效有限，因此需要在链脲佐菌素（STZ）诱导的T1DM小鼠模型中系统刻画Tregs与效应性T细胞（Teffs）的转录和表型改变。论文发表在《Molecular Biomedicine》。研究人员建立多低剂量STZ诱导的雄性C57BL/6N小鼠T1DM模型，分选脾脏Tregs和Teffs进行bulk RNA测序（RNA-seq），并结合流式细胞术、血糖相关性分析及跨模型验证，发现Tregs呈增殖、效应样、谱系不稳定和代谢重编程特征，Teffs呈过度激活但转录失衡表型；跨模型分析支持Tregs免疫、增殖和代谢重塑在STZ诱导、自发自身免疫及人类T1DM中具有保守性，为T细胞失调机制和基于Tregs的免疫治疗提供候选程序与基因。主要关键技术方法：采用6–8周龄雄性C57BL/6N小鼠，多低剂量STZ诱导T1DM，荧光激活细胞分选（FACS）分选脾脏Tregs与Teffs并进行bulk RNA-seq；开展差异表达、基因集富集分析（GSEA）、基因集变异分析（GSVA）、转录因子（TF）网络和蛋白-蛋白相互作用（PPI）分析；用流式细胞术检测谱系、免疫检查点、抑制功能、炎症及趋化因子受体表型并进行血糖相关性分析；跨模型验证使用GSE200695（4只非糖尿病和6只糖尿病NOD小鼠外周血单细胞RNA测序（scRNA-seq））和GSE112341（5名健康对照和6例T1DM患者外周血Tregs）。研究结果：1）Transcriptional profiling identifies distinct Treg and Teff signatures in T1DM：通过STZ诱导模型、FACS分选和bulk RNA-seq，发现Tregs中812个基因上调、258个基因下调，Teffs中744个基因上调、309个基因下调；Tregs上调增殖（Melk、Rin1）、细胞毒（Prf1、Gzma）、炎症（Il1rl2）和代谢（Hk2等）相关基因，下调免疫抑制（Tnfsf15、Irak3、Dusp22）、谱系稳定（Zeb2）、组织归巢和代谢适应相关基因，Teffs呈增殖、炎症、代谢和迁移相关改变。2）GSEA and GSVA reveal inflammatory, proliferative, and metabolic remodeling in Tregs and Teffs：通过GSEA和GSVA发现IL-2-STAT5在Tregs相对Teffs富集且T1DM与对照无显著差异；T1DM Tregs富集IL-6-JAK-STAT3和IFN-α反应，IL-36 A和IL-15反应由对照中相对Teffs负富集转为T1DM中Tregs富集；Tregs富集E2F靶点、有丝分裂纺锤体、糖酵解和葡萄糖导入程序，Teffs脂肪酸代谢负富集，提示Tregs炎症、增殖和代谢重塑。3）Integrated TF-protein–protein interaction (PPI) networks link regulatory modules in Tregs and Teffs in T1DM：通过TF和STRING PPI分析，发现Tregs中Nfatc2、Elk1、Ahr上调，Zfp526、Zeb2下调，Teffs中4个锌指TF上调；预测网络连接免疫调节、增殖、代谢和应激程序，并突出Plcg1、Racgap1、Rrm2、Kif2c、Melk、Ahr和Hk2等候选节点。4）Treg expansion accompanies broad immune-checkpoint upregulation in T1DM：通过流式细胞术发现CD4⁺中Foxp3⁺Helios⁺比例升高，CD4⁺CD25^hiFoxp3⁺Tregs频率增加且Helios升高，Treg/Teff比值约升高1.78倍；PD-1、TIGIT、LAG3和TIM3在CD4⁺、Tregs、Teffs和CD8⁺T细胞中广泛上调，Tregs中PD-1⁺TIGIT⁺、PD-1⁺LAG3⁺和PD-1⁺TIM3⁺亚群扩增，提示高检查点表达和持续免疫刺激表型。5）Suppressive-function-associated markers show subset-specific remodeling in T1DM：通过流式细胞术发现GARP和LAP在CD4⁺和Teffs中上调，但在Tregs中显著降低，GARP⁺LAP⁺Tregs下降，IL-10无显著差异但呈升高趋势，提示Tregs抑制功能相关分子重塑。6）Skewing toward inflammatory and migratory phenotypes in T-cell subsets in T1DM：通过细胞因子和趋化因子受体流式检测，发现产IL-17的Tregs增加且高于产IL-17的Teffs，IFN-γ在CD4⁺、Tregs、Teffs和CD8⁺中增加，Tregs中CXCR3升高、CCR7⁺降低，提示炎症和迁移表型倾斜。7）Integrated correlation analysis links transcriptional programs with immune phenotypes and glycemic burden：通过相关性分析，发现血糖曲线下面积（AUC）与log₂(Treg/Teff)和TIGIT正相关、与GARP负相关，终末血糖与LAG3⁺和IFN-γ⁺Tregs正相关；Tregs中IL-36 A、TL1A反应及代谢程序与检查点、炎症和血糖指标相关，提示免疫-代谢协调重塑。8）Cross-model analyses support conserved Treg transcriptional programs in T1DM：通过再分析GSE200695和GSE112341，发现NOD小鼠中16条Treg通路有12条方向一致，共享LEGs富集IL-15、IL-36 A、G2M和有丝分裂纺锤体程序，包括Socs3、Smad3和Mki67；人类数据中12条通路方向一致，C57BL/6与人类共享110个LEGs，三数据集有14个方向一致基因，支持Tregs免疫、增殖和代谢重塑的保守性。讨论部分总结：高血糖负荷与Treg相对扩增、检查点表达升高和GARP降低相关；Tregs虽扩增但GARP/LAP及Zeb2、Irak3、Dusp22、Hspa1a等下调，提示抑制和谱系相关程序重塑；Tregs获得IL-17、IFN-γ及IL-6-JAK-STAT3、IL-36、IL-15、TL1A反应等炎症特征；CXCR3升高和CCR7降低提示迁移表型改变；Nfatc2、Elk1、Ahr相关TF/PPI网络及糖酵解增强、脂肪酸氧化受损提示转录和代谢调控参与Tregs功能障碍；跨模型结果支持保守性，但STZ模型、脾脏来源、物种和组织差异等构成局限。研究结论翻译：在STZ诱导的T1DM中，脾脏Treg和Teff的转录及表型状态存在协调重塑。Treg数量增加，伴随检查点、炎症、增殖和代谢特征升高及抑制特征降低，而Teffs显示与炎症和检查点表达相关的激活。NOD小鼠和人类数据集中的一致结果支持这些特征的可重复性，为T1DM进一步机制和转化研究提供候选分子程序与基因。