Глюкоза для T-лимфоцита: больше, чем просто топливо

Т-клетки играют важнейшую роль в защите организма от инфекций и рака. У функциональных эффекторные T-клетки повышены метаболические потребности, поэтому их развитие зависит от метаболического программирования. В частности, для пролиферации и функционирования T-клеток необходима глюкоза, однако ее конкретная метаболическая роль изучена недостаточно. Ученые из США и Канады показали, что глюкоза подпитывает биосинтез гликосфинголипидов, необходимый для экспансии и цитотоксической активности CD8⁺ Т-клеток in vivo.

Чтобы отследить метаболическую судьбу глюкозы в CD8⁺ Т-клетках, авторы прибегли к изотопному мониторингу. Они подсаживали мышам трансгенные CD8⁺ T-клетки, несущие Т-клеточный рецептор (TCR) к овальбумину. Затем животных инфицировали аттенуированным штаммом листерии, экспрессирующим овальбумин. На пике инфекции — через три дня после заражения — мышам внутривенно вводили меченую ¹³C-глюкозу.

В активированных эффекторных Т-клетках ¹³C-метка в большей степени включалась в цикл Кребса, чем в наивных Т-лимфоцитах. Но в основном она накапливалась в метаболитах, образующихся из интермедиатов ранних этапов гликолиза, в том числе нуклеотидах. Одним из ключевых продуктов, накапливавших метку, оказалась UDP-глюкоза — авторы заключают, что ее синтез является одним из основных направлений метаболизма в CD8⁺ Т-клетках. Более подробный анализ на клеточных культурах показал, что синтез UDP-глюкозы основан на координации нескольких метаболических путей.

Биосинтез UDP-глюкозы катализируется ферментом UGP2. Условный нокаут этого фермента в зрелых T-клетках мышей при помощи Cre-рекомбиназы приводил к тому, что общее количество CD3⁺ T-клеток в крови значительно снижалось, а среди них сокращалась доля CD4⁺ и CD8⁺ T-лимфоцитов. Иммунное профилирование тимуса поначалу не выявило изменений. Авторы предположили, что UDP-глюкоза требуется только для поддержания периферических клеточных популяций, однако при более детальном анализе обнаружили, что у части CD4⁺ T-клеток тимуса сохранялась экспрессия UGP2. По-видимому, T-клетки неспособны пережить полную потерю этого фермента.

Нокдаун UGP2 с помощью малых шпилечных РНК (shRNA) в культуре CD8⁺ T-клеток снизил уровни UDP-глюкозы, однако крайне слабо повлиял на их жизнеспособность или пролиферацию.

По-видимому, UDP-глюкоза важна именно для ответа CD8⁺ T-клеток на инфекцию in vivo, и авторы попытались выявить нижележащий метаболический путь, необходимый для этого. Эксперименты показали, что сайленсинг Ugp2 изменял состав гликанового покрытия (гликокаликса) CD8⁺ T-клеток. Еще одним важным направлением метаболизма, зависящим от UGP2 и UPD-глюкозы, был биосинтез гликосфинголипидов.

Его роль ученые исследовали подробнее — они провели липидомный анализ очищенных T-клеток периферической крови мышей после активации листериями, экспрессирующими овальбумин. Некоторые виды липидов иначе накапливали ¹³C-метку в эффекторных T-лимфоцитах по сравнению с наивными (в основном активнее). Из 50 дифференциально обогащенных липидов 22% составляли церамиды, 22% — фосфатидилхолины и 20% — гексозилцерамиды. Нарушение их биосинтеза препятствовало экспансии эффекторных CD8⁺ T-клеток in vivo. В норме активированные и пролиферирующие CD8⁺ T-клетки направляли меченую глюкозу на биосинтез гликосфинголипидов и усиливали их накопление. 

Активация CD8+ Т-клеток требует перераспределения метаболизма — помимо цикла трикарбоновых кислот (TCA) глюкоза усиленно направляется на синтез гликосфинголипидов, которые необходимы эффекторным Т-лимфоцитам для выполнения своих функций.
Credit:
Courtesy of Van Andel Institute. Image by Gabrielle Eisma | пресс-релиз

Исследуя этот механизм подробнее, ученые обнаружили, что биосинтез гликосфинголипидов необходим для поддержания липидных рафтов в плазматической мембране и оптимальной «настройки» TCR-сигналинга. Секвенирование РНК T-клеток, в которых был нокаутирован один из ключевых ферментов этого синтеза, в сочетании с анализом дифференциальной экспрессии выявило значительное ослабление цитотоксических функций. Это подтвердилось и в протеомном анализе.

Наконец, исследователи убедились, что недостаток глюкозозависимого синтеза гликосфинголипидов нарушает биологическую функцию эффекторных CD8⁺ T-клеток. У них снижалась экспрессия цитотоксических белков, что ослабляло ответ на инфекцию. Кроме того, CD8⁺ T-клетки с нарушенным биосинтезом гликосфинголипидов хуже сдерживали рост опухолей у мышей.

Таким образом, роль глюкозы для T-клеток выходит за пределы биоэнергетики клетки — глюкозозависимый биосинтез гликосфинголипидов необходим для размножения CD8⁺ T-клеток и выполнения ими эффекторной функции.

Т-клетки в опухоли накапливают липиды вместо их утилизации и снижают свою активность