耶鲁大学团队今日 Science 发文，揭示 T 细胞维持静息状态的分子机制
众所周知，T 细胞的激活对于免疫系统抵抗外界感染以及其它类型疾病具有重要的意义。而在稳态情况下，T 细胞始终处于静止状态，而其异常活化则可能导致疾病的发生。尽管 T 细胞维持静息状态十分重要，但其基础机制仍然难以捉摸。
今日，耶鲁大学的 Richard Flavell 实验室的研究者们在 Science 杂志上发表的研究论文中，报道了转录因子 BTG1 和 BTG2 在「静息状态 T 细胞」中选择性表达，并且揭示了 BTG1 和 BTG2 调节 T 细胞活化的分子机制 1。
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背景介绍
「静止（quiescent）」指的是一种特殊的细胞状态，在这种状态下，细胞会因环境变化而进入一种可逆的细胞周期停滞状态 2。
对于 T 细胞而言，在没有激活信号的情况下会长期处于静止状态。在这种状态下，T 细胞几乎不会增殖并维持较低的基础代谢率，从而维持生存必需。在 T 细胞受体以及共刺激信号被激活后，T 细胞退出静止状态并进入克隆扩增和分化阶段 3。
此前研究表明，T 细胞的静止状态是一种「主动」而非「被动」的特征，其受到诸多基因的共同调节。例如，在未激活的 T 细胞中，转录因子 FOXO1 和 KLF2 通过调节 Ccr7，S1pr1 和 Sell 等基因来控制细胞的运输 4。此外，FOXO1，FOXP1 和 TOB 能够调节一些细胞因子以及受体蛋白的活性，从而调节 T 细胞维持在静息状态 5。
尽管此前研究已经表明 T 细胞的静止状态是一个主动的过程，但对其中的机制了解甚少。
在最近发表的研究中，来自耶鲁大学的研究人员发现：缺乏 BTG1 / 2 的 T 细胞由于信使 RNA（mRNA）丰度的整体增加而导致 T 细胞发生增殖和自发激活，从而降低了激活阈值。进一步，BTG1 / 2 缺乏症导致 mRNA 尾部长度增加，从而导致其半衰期增长。因此，BTG1 / 2 促进了腺苷酸化和 mRNA 的降解，以确保 T 细胞处于静息状态。
具体内容
为了揭示调节 T 细胞静止的内在因素，作者在静止 T 细胞中搜索了由「超级增强子」（组蛋白 H3 赖氨酸乙酰化（H3K27ac）信号）调控的基因。
之后，作者发现其中大约 1% 与 BTG1 和 BTG2 的表达相关。BTG1 / 2 属于 ERBB2（BTG / TOB）家族的 B 细胞易位基因 / 转导子，被认为参与了许多细胞过程并且具有抗增殖活性。
值得注意的是，BTG1 / 2 在 BTG / TOB 家族的淋巴结和白细胞中高表达，表明它们在免疫系统中的特定作用。
接下来，作者发现 BTG1 / 2 主要表达于天然 T 细胞以及记忆 T 细胞中，这与其它已知的「静息状态」相关标记相类似（例如 Foxo1，Il7r 和 Klf2）。
此外，BTG1 / 2 的表达水平在 T 细胞受体激活后迅速降低，并在激活状态期间保持较低水平。因此，这些结果表明 BTG1 和 BTG2 主要表达于静息状态下的 T 细胞中。
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为了了解 BTG1 / 2 在体内的作用，作者使用 CRISPR-Cas9 技术构建了 BTG1 和 BTG2 条件性敲除小鼠。
作者发现：与野生型小鼠相比，BTG1 和 BTG2 双重条件敲除小鼠外周血中未激活 CD4 和 CD8 T 细胞数量和占比显著降低。而单基因敲除小鼠则未显示出任何明显变化。这一结果表明 BTG1 / 2 在功能上具有冗余性。
此外，双重基因敲除小鼠脾脏中 T 细胞 Ki- 67 的表达量显著增加。细胞大小显著增加，而 G0 期细胞比例相对更低，这表明在缺乏上述基因的情况下，T 细胞的静止状态受到了影响。
为了确定双重基因敲除小鼠中的 T 细胞是否更倾向于离开「静止状态」，作者进行了体外 T 细胞增殖测定。结果表明，在较低程度的 TCR 刺激条件下，缺失突变体小鼠的 T 细胞更加容易经历克隆扩增。相反地，野生型小鼠体内的 T 细胞在相同条件下几乎不发生增殖。这些结果表明，BTG1 / 2 缺陷的 T 细胞似乎对激活信号更为敏感，可以轻松克服激活阈值。
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为了深入了解 T 细胞维持于静止状态的分子机制，作者对野生型以及 BTG1 / 2 缺失突变体小鼠体内的未激活 T 细胞进行了 RNA 测序（RNA-seq）。总的来说，突变体细胞中 mRNA 的丰度存在整体性的增加，整个转录组的这种变化可能暗示了某种普遍性的改变。
此外，作者发现其中与免疫系统激活和增殖有关的调节因子上调十分显著。为了检查 mRNA 的增加是否与功能性蛋白数量的增加相一致，作者通过流式细胞仪测量了平均荧光强度，结果验证了作者的假设。总之，上述结果表明，在 BTG1 / 2 缺失的情况下，mRNA 和蛋白质的丰度普遍上调，这可能导致未激活 T 细胞的活化。
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整个转录组中 mRNA 丰度的增加表明 BTG1 / 2 可能在 mRNA 稳定性控制中起作用。由于此前研究已经证明 BTG1 / 2 在体外能够与 poly-A 结合蛋白（PABP）和 CCR4 -NOT（CNOT）腺苷酸酶复合物的亚基结合，因此作者研究了未激活 T 细胞中 BTG1 / 2 是否存在类似的结合机制。
通过共免疫沉淀和原位邻近连接测定法，作者表明 BTG1 / 2 与幼稚 T 细胞中的 PABP 和 CNOT7 存在物理相互作用，并且不依赖于 RNA 分子。此外，丧失了与 PABP 或 CNOT7 相互作用能力的 BTG1 缺失突变体丧失了抑制 T 增殖的活性。因此，BTG1 / 2 的功能取决于与 PABP 和 CNOT7 的相互作用。
接下来，作者检测了 BTG1 / 2 缺失是否影响细胞中 mRNA 的转换，我们测量了 mRNA 的衰减率。
值得注意的是，与野生型 T 细胞相比，BTG1 / 2 缺陷型 T 细胞中的细胞质 mRNA 的衰减速率有所降低。然而，对于活化 T 细胞而言，两者之间没有明显区别。这表明上述调节机制仅存在于未激活 T 细胞，而不存在于激活后的 T 细胞中。
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研究小结
总之，这一研究解释了维持 T 细胞静止状态的新机制。
BTG1 和 BTG2 在静态 T 细胞中高度特异性地表达，并促进 mRNA 的腺苷酸化和降解。与 BTG1 / 2 不同，腺苷酸酶的表达较为普遍，而表达量较低，这意味着 BTG1 / 2 在免疫细胞中具有特殊功能。因为 BTG1 / 2 与 PABP 和 CNOT 复合物相互作用，后者非特异性地与 mRNA 结合，所以 BTG1 / 2 可以调节 mRNA 水平的整体性下调。
因此，作者揭示了 BTG1 / 2 介导的体内腺苷酸化的生物学后果。B 细胞也可以使用类似的机制通过 BTG1 / 2 保持其静止状态，例如 BTG1 / 2 在白血病和淋巴瘤中通常发生失调。同样，除 BTG1 / 2 外，其他辅助因子可能在某些细胞类型中募集并增强 mRNA 的腺苷酸化和降解。这一机制可能广泛适用于其他细胞和组织。
扩展阅读
B 细胞转运基因 1（BTG1）和 BTG2 被鉴定作为抗增殖基因已经有 20 年的历史，它们的蛋白质产物涉及多种细胞过程，包括细胞分裂，DNA 修复，转录调节和信使 RNA 稳定性。
除了影响发育过程中和成年后的细胞分化外，BTG 蛋白在维持细胞应激条件下的体内平衡方面也起着重要作用。此外，白血病和淋巴瘤中 BTG1 和 BTG2 的突变强调了其作为肿瘤抑制因子的作用。在实体瘤中，BTG1 或 BTG2 的表达降低通常与恶化以及预后效果较差有关。
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在最近发表于 Journal of Cellular Physiology 杂志上的综述文章中，作者总结了多种细胞过程中 BTG1 和 BTG2 的作用，并且重点介绍了癌症进展过程中 BTG1 和 BTG2 失控的分子机制和生物学后果，并详细阐述这些发现的潜在临床意义 6。
