Кетоновые тела стимулируют защитные функции Т-лимфоцитов

CD8⁺ Т-лимфоциты — центральное звено иммунитета, они отвечают за избавление от патогена и формирование клеточной памяти. Функцию CD8⁺ эффекторных Т-клеток (T_eff) поддерживает клеточный метаболизм. Их жизнедеятельность сильно зависит от доступности нутриентов, на которую влияет диета и метаболизм всего организма. Изменения в метаболизме под действием инфекции, такие как активация липолиза и кетогенеза, могут повлиять на течение заболевания. Однако до сих пор остается плохо изученным то, как метаболизм Т-клеток синхронизируется с метаболическими изменениями всего организма. Исследователи из института Ван Аделя проанализировали связь между функциями CD8⁺ T_eff клеток и процессом окисления кетоновых тел (КТ), который авторы назвали кетолизом.

Вначале они провели метаанализ трех независимых исследований, описывающих гены CD8⁺ Т-клеток, которые активируются в ответ на острую, хроническую инфекцию и опухоли. По базе данных KEGG ученые проанализировали 4% генов, наиболее активно экспрессируемых эффективно функционирующими CD8+ T_eff. Этот анализ показал активацию в клетках метаболического пути синтеза и окисления КТ. Протеомное исследование CD8⁺ T_eff клеток, in vivo активирующихся инфекцией Listeria monocytogenes (Lm), выявило увеличение экспрессии Bdh1, кодирующего кетолитический фермент.

При использовании своей модифицированной среды для культивирования клеток (среда Искова, модифицированная институтом Ван-Анделя, VIM) ученые обнаружили, что добавление к активированным CD8⁺ Т-клеткам бета-гидроксибутирата (βOHB) дозозависимо повышало продукцию IFN-γ и TNF-α.

Они также провели опыты на мышиной модели, которые показали, что делеция гена Bdh1 в Т-клетках мышей снижала продукцию IFN-γ и нивелировала стимулирующий эффект βOHB. Это указывало на ключевую роль кетолиза в увеличении продукции цитокинов под действием βOHB.

У мышей дикого типа инфекция рекомбинантными штаммами Lm, экспрессирущими яичный альбумин (штаммы Lm-OVA, которые стимулируют размножение IFN-γ-продуцирующих CD8⁺ T-клеток), приводила к значительному повышению уровня βOHB в плазме, печени и селезенке.

Затем исследователи проследили метаболические пути КТ в Т-клетках с помощью меченого углерода ¹³C. Анализ показал, что экзогенные βOHB и ацетоацетат включались в цикл трикарбоновых кислот, причем активнее, чем глюкоза и другие метаболиты. 

Влияние КТ на биоэнергетику Т-клеток оказалось следующим. Кратковременное воздействие βOHB на активированные CD8⁺ T_eff клетки приводило к незначительному увеличению базальной скорости потребления кислорода и синтеза АТФ в результате окислительного фосфорилирования, но увеличивало максимальную скорость окисления, что приводило к увеличению максимальной скорости продукции АТФ. 

Для дальнейшего исследования метаболических путей авторы работы культивировали активированные CD8⁺ T-клетки в VIM среде с разными метаболитами, мечеными ¹³C. Выяснилось, что более 50% внутриклеточного ацетил-КоА синтезировалось из βOHB. Этот синтез зависел от кетолиза, так как при отключении гена Bdh1 его скорость снижалась. Использование βOHB для синтеза ацетил-КоА ученые также подтвердили in vivo на мышах.

В присутствии βOHB исследователи выявили повышение уровней мРНК, кодирующих IFN-γ, причем транскрипция зависела от Bdh1. В культивируемых in vitro CD8⁺ T-клетках с отключенным кетолизом снижались уровни мРНК, кодирующих интерферон гамма и цитотоксический белок гранзим В. Все это свидетельствовало об изменении транскрипции эффекторных генов под действием кетолиза.

Ацетилирование лизина в гистонах связано с доступностью хроматина, активацией транскрипции и важно для экспрессии эффекторных генов. При помощи иммуноблоттинга изолированных гистонов авторы показали, что при отключении кетолиза в CD8⁺ Т-клетках снижалось ацетилирование лизина в гистоне H3. При этом добавление βOHB к in vitro-активированным CD8+ T-клеткам приводило к увеличению ацетилирования. Отследив метаболизм при помощи меченого углерода и масс-спектрометрии, ученые выяснили, что ацетил-КоА, синтезированный из βOHB, участвовал в ацетилировании гистонов у in vitro-активированных CD8⁺ T-клеток, но не у Bdh1^─/─ T-клеток.

Результаты работы обозначают роль внутриклеточного кетолиза как фактора метаболического и эпигенетического перепрограммирования Т-клеток на оптимальный эффекторный ответ. Эти данные могут быть использованы в разработке персонализированных диетических рекомендаций для более эффективной борьбы с инфекциями, опухолями и другими заболеваниями.

Цитотоксические CD8+ Т-лимфоциты предпочитают лактат