硒-GPX4 轴保护滤泡辅助 T 细胞免于铁死亡
文献导读
2021年8月19日，昆士兰大学/上海交通大学余迪，华中科技大学刘争及复旦大学张文宏教授及其团队在《Nature Immunology》在线发表题为“Selenium-GPX4 axis protects follicular helper T cells from ferroptosis”的研究论文，该研究揭示了硒-GPX4信号轴保护滤泡辅助性T细胞免受铁死亡影响，进而改善保护性体液免疫。
研究介绍
滤泡辅助性T（TFH）细胞是 CD4+ T细胞的一个特殊亚群，主要支持生发中心反应，在生发中心反应中产生高亲和力和长期的体液免疫。作者报告TFH细胞显示出增强的脂质过氧化和线粒体形态改变等类似于铁死亡的特征。T细胞中谷胱甘肽过氧化物酶 4 (GPX4) 的缺失选择性地消除免疫小鼠的 TFH 细胞和生发中心反应。进一步研究表明硒补充剂能增强 T 细胞中 GPX4 的表达，进而增加 TFH 细胞数量，并促进流感疫苗接种后免疫小鼠和年轻人的抗体反应。
首先，作者观察到在卵清蛋白(OVA)免疫的小鼠中，与非TFH效应CD4+T细胞相比，TFH细胞生存能力较差。超微结构分析显示许多 TFH 细胞表现出萎缩和受损老化的线粒体，同时，TFH细胞中的脂质ROS、脂质过氧化标记物丙二醛和 4-羟基壬烯醛的水平显著升高，表现出一系列细胞铁死亡的特征。作者进一步对人 TFH 细胞中的铁死亡进行评估，结果与小鼠TFH 细胞对应部分类似，并且发现只有铁死亡抑制剂才能拯救 TFH 细胞。
其次，作者观察到与 GPX4 充足的 CD4+ T 细胞相比，GPX4 缺陷的 CD4+ T 细胞（T-KO）在培养中迅速发生铁死亡，并伴随着脂质ROS水平增加和线粒体萎缩。使用4-羟基-3-硝基苯乙酰偶联OVA(NP-OVA)皮下免疫WT和T-KO小鼠，结果显示GPX4 缺乏不影响 TFH 细胞的增殖，但GPX4可能是TFH 维持和 GC 反应所必需的。GPX4 是一种硒酶，其功能需要硒才能防止脂质 ROS 诱导的铁死亡。在抗 CD3/CD28 刺激的培养 CD4+T 细胞中，亚硒酸盐和硒代蛋氨酸 (Se-Met) 能增强 GPX4 表达并减少细胞溶质和脂质 ROS 的产生，从而提高细胞存活率。小鼠体内NP-OVA免疫实验结果显示，Se-Met 喂养可使硒蛋白包括TFH 细胞中 GPX4 表达的上调，同时 NP 特异性抗体的产生得到显着增强，抗体亲和力成熟度有所改善。此外，补硒未能增强 T-KO 小鼠的体液免疫，这表明 T 细胞中的 GXP4 表达是介导补硒益处所必需的。
最后，作者启动一项前瞻性人体试验。补充硒后 30 天，两组（硒补充剂组和对照组）均接种了三价季节性流感疫苗。 结果显示，补充硒使总血浆硒水平增加了约 1.7 倍，同时上调了CD4+ T 细胞中的 GPX4 表达。与对照组相比，补充组的 cTFH 细胞的活跃生成特别增加，并进一步增加了 H1N1 和 B 株的 HI 滴度。这一结果证明补充硒可增强 TFH 功能以提高体液免疫。总之，该研究不仅揭示了特异性控制 TFH 细胞存活的途径，而且还提供了一种增强 TFH 功能并改善感染和疫苗接种后保护性体液免疫的策略。
细胞死亡是所有细胞最终的宿命，细胞死亡的方式是生物医学领域的重大研究热点。我们以前为大家介绍过细胞焦亡，那么，细胞程序性死亡除了细胞凋亡、细胞焦亡等方式之外，还有没有其他的死亡方式呢？2012年，“铁死亡”的概念首次由Brent R. Stockwell团队提出。铁死亡（ferroptosis）是在小分子物质诱导下发生的氧化性细胞死亡，具有铁离子依赖性。其发生是细胞内脂质活性氧（reactive oxygen species，ROS）生成与降解的平衡失调所致。铁死亡诱导剂通过不同的通路直接或间接作用于谷胱甘肽过氧化物酶（(glutathione peroxidase，GPXs），导致细胞抗氧化能力降低、ROS堆积，最终引起的细胞氧化性的、非细胞凋亡形式的细胞死亡。
铁死亡发生的机制
1.抑制GPX4： GPX4能抑制脂质过氧化，若细胞中GPX4表达下调，铁死亡则更易发生。
2.抑制胱氨酸谷氨酸转运受体：谷氨酸的水平会影响到胱氨酸谷氨酸转运受体的功能，细胞外高浓度的谷氨酸会抑制胱氨酸谷氨酸转运受体从而诱导铁死亡。
3.p53的介导：p53通过下调胱氨酸谷氨酸转运受体组分SLC7A11的表达抑制细胞对胱氨酸的摄取，导致谷胱甘肽过氧化物酶活性降低，削减细胞抗氧化能力，增强细胞对铁死亡的敏感性。
铁死亡与人类疾病
1.铁死亡与肿瘤
一般我们认为，p53通过诱导细胞衰老程序性死亡从而抑制肿瘤。最近研究表明，p53在正常细胞中可以负调控脂质合成和糖降解，正调控氧化磷酸化和脂质分解代谢，而在肿瘤细胞中突变型的p53正调控脂质的合成和糖酵解，已有研究发现，肾癌、白血病对铁死亡敏感。GPX4可以发挥脂质抗氧化剂的作用，有一些靶向GPX4的药物，但是大多数癌症仍然对铁死亡有抵抗力。
2.铁死亡与肝损伤
铁死亡具有铁依赖性，可被铁螯合剂所特异性逆转，那铁过载是否会导致铁死亡呢？有研究通过高铁蓄积的基因敲除小鼠模型研究的过多铁储存于肝脏，会导致组织器官退行性病变，引发肝损伤（可参考云克隆肝缺血再灌注动物模型：DSI527Mu01，DSI527Ra01）。
3.铁死亡与心脏损伤
通过小鼠心肌缺血再灌注（I/R）损伤模型（可参考云克隆心肌梗死动物模型：DSI504Mu01，DSI504Ra02），同样发现铁死亡的存在。给予铁死亡抑制剂阻断铁死亡可明显减轻缺血再灌注导致的急性和慢性心脏损伤，为临床上心肌梗死等心脏疾病提供了非常有前景的新思路和策略。
