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自新冠病毒爆發(fā)以來，治療新型肺炎的藥物和疫苗的研發(fā)進(jìn)展備受矚目。近期，連續(xù)傳來好消息：浙江海正藥業(yè)股份有限公司研制的“法維拉韋”（原名“法匹拉韋”）正式獲得國家藥監(jiān)局批準(zhǔn)上市、美國吉列德的“瑞德西韋”目前正在武漢金銀潭醫(yī)院等 11 家醫(yī)院開展多中心臨床試驗驗證、康復(fù)者的血漿抗體被用于治療。在新藥研發(fā)過程中，非常關(guān)鍵的一環(huán)就是評估藥物引起的免疫反應(yīng)，這將決定藥物能否上市，能否用來治療新型肺炎患者。

免疫是人體的一種重要的生理功能，人體依靠這種功能識別“自己”和“非己”成分，從而破壞和排斥進(jìn)入人體的危險物質(zhì)，如抗原、病原體（如病毒、細(xì)菌）和炎癥刺激。人體免疫系統(tǒng)是人抵御外來感染的防線，而淋巴細(xì)胞就是這道防線的哨兵。淋巴細(xì)胞包括 B 淋巴細(xì)胞和T淋巴細(xì)胞。B 淋巴細(xì)胞亦稱 B 細(xì)胞，主要功能是產(chǎn)生抗體，介導(dǎo)體液免疫應(yīng)答；T 淋巴細(xì)胞亦稱 T 細(xì)胞，發(fā)揮細(xì)胞免疫及免疫調(diào)節(jié)等功能。這兩種淋巴細(xì)胞分工明確，共同殺傷和清除入侵體內(nèi)的病原體。

代謝是細(xì)胞合成和分解營養(yǎng)物質(zhì)的過程，是所有活細(xì)胞維持生存、增殖和行使功能的必須生理過程。近些年來，代謝在免疫系統(tǒng)中的作用被越來越多的研究者發(fā)現(xiàn)。代謝被視為調(diào)控免疫細(xì)胞功能與分化的主要因子。在 T 細(xì)胞分化過程中，初始 T 細(xì)胞、效應(yīng) T 細(xì)胞和記憶 T 細(xì)胞對于能量的需求各異，因此這三種 T 細(xì)胞依賴氧化磷酸化和糖酵解的能力各不相同。由此可見，代謝對于免疫系統(tǒng)的功能至關(guān)重要。Seahorse 技術(shù)作為檢測能量代謝的金標(biāo)準(zhǔn)，在病原體感染與免疫方向有著非常廣泛的應(yīng)用，為科學(xué)家提供強(qiáng)有力的武器來研究病毒與免疫系統(tǒng)的攻防。

1、 巴爾病毒（EBV）誘導(dǎo) B 細(xì)胞進(jìn)行單碳代謝，驅(qū)動 B 細(xì)胞轉(zhuǎn)化

EBV 可以導(dǎo)致多種 B 細(xì)胞淋巴瘤。人們對 EBV 感染 B 細(xì)胞后，B 細(xì)胞如何快速增殖的機(jī)制知之甚少。劍橋大學(xué)和哈佛醫(yī)學(xué)院的科學(xué)家們 2019 年在 Cell Metabolism 上發(fā)表的文章為大家揭開了這個謎題[1]。他們的研究發(fā)現(xiàn)，EBV 會重塑 B 細(xì)胞的代謝通路，誘導(dǎo) B 細(xì)胞進(jìn)行單碳葉酸代謝，從而促進(jìn) B 細(xì)胞獲得營養(yǎng)，快速增殖。EBV 上調(diào) B 細(xì)胞對外源絲氨酸的攝入，目的是為了支持線粒體的單碳代謝（圖 1 ）。他們的工作為開發(fā)新的線粒體單碳代謝抑制劑來治療 EBV 的感染的 B 淋巴瘤提供了理論基礎(chǔ)。

圖 1.  Seahorse 的結(jié)果表明，絲氨酸的缺失會降低新感染細(xì)胞的呼吸作用。（E）EBV 感染 4 天的原代 B 細(xì)胞在含有絲氨酸和缺乏絲氨酸的培養(yǎng)基中生長，測量氧氣消耗速率（OCR）。（F）根據(jù)圖E的結(jié)果計算得到的代謝參數(shù)。

2、 調(diào)控 CD8 陽性 T 細(xì)胞的代謝可以對抗流感病毒感染

CD8 陽性 T 細(xì)胞在不同的分化階段，由初始細(xì)胞向效應(yīng)和記憶細(xì)胞轉(zhuǎn)換的過程中，線粒體的呼吸是被精密調(diào)控的。代謝狀態(tài)的改變可以滿足不同種類 CD8 陽性 T 細(xì)胞對能量的需求，有利于它們進(jìn)行增殖。美國佛蒙特大學(xué)的 Champagne 等研究者于 2016 年在 Immunity 上發(fā)表成果，揭示 MCJ 蛋白是 CD8 陽性 T 細(xì)胞線粒體呼吸的負(fù)調(diào)控因子（圖 2）[2]。MCJ 缺陷的記憶 CD8 陽性 T 細(xì)胞對流感病毒的感染具有更強(qiáng)的保護(hù)能力。T 細(xì)胞代謝與流感病毒感染之間的關(guān)系由此可見一斑。此研究揭示 MCJ 可以作為一個治療靶點來增加 CD8 陽性 T 細(xì)胞的反應(yīng)。

圖 2.  MCJ 缺陷的效應(yīng) CD8 陽性 T 細(xì)胞氧化磷酸化升高。野生型和 MCJ 缺陷的 CD8 陽性 T 細(xì)胞經(jīng) CD3 和 CD28 抗體激活 2 天。（A）細(xì)胞在無刺激培養(yǎng)基中靜置 4 小時后 ATP 的濃度。（B）Seahorse 線粒體壓力試驗測量靜置 12 小時的細(xì)胞的 OCR。（C）Seahorse 糖酵解壓力試驗測量細(xì)胞的 ECAR。

3、 艾滋病病毒（HIV）感染和抗逆轉(zhuǎn)錄病毒療法對免疫細(xì)胞功能的影響

大家對 HIV 應(yīng)該很熟悉了。HIV 是一種逆轉(zhuǎn)錄病毒，它能夠攻擊人體免疫系統(tǒng)，在慢性 HIV 感染中，免疫細(xì)胞會變得越來越不正常，最終衰竭。2019 年發(fā)表在 JCI Insight 上的一篇文章探討了 HIV 感染以及相應(yīng)的抗轉(zhuǎn)錄病毒療法對免疫細(xì)胞代謝的影響[3]。德國杜伊斯堡大學(xué) Korencak 等人的研究結(jié)果表明，在 HIV 感染時，大多數(shù)免疫細(xì)胞的呼吸作用都會大幅降低，而這種代謝的變化與慢性免疫激活和衰竭是聯(lián)系在一起的。當(dāng)用抗逆轉(zhuǎn)錄病毒療法治療 HIV 感染的患者時，除了 CD4 陽性 T 細(xì)胞以外，其他類型的免疫細(xì)胞的呼吸作用可以得到恢復(fù)（圖 3 ）。這一最新的研究成果為評估抗病毒藥物對于人體免疫功能的副作用提供了一個很好的方法。

圖 3.  與 HIV 陰性的患者相比，HIV 陽性、未治療的患者和抗逆轉(zhuǎn)錄病毒療法治療的患者顯示基礎(chǔ)呼吸和最大呼吸降低。（A）Seahorse 線粒體壓力測試比較 HIV 陽性、未治療和治療患者，以及健康人的 CD4 陽性 T 細(xì)胞的基礎(chǔ)和最大線粒體呼吸。（B）Seahorse 糖酵解壓力測試結(jié)果表明，CD4 陽性 T 細(xì)胞的糖酵解能力在三組患者中沒有顯著性差異。

免疫代謝是一個快速增長的研究領(lǐng)域。代謝與免疫細(xì)胞的功能息息相關(guān)，為研究免疫生物學(xué)提供了新的策略。安捷倫 Seahorse 在免疫學(xué)研究中的應(yīng)用囊括了免疫學(xué)的各個方面。

參考文獻(xiàn)

1. Wang, L. W. et al. Epstein-Barr-Virus-Induced One-Carbon Metabolism Drives B Cell Transformation. Cell Metab30, 539-555 e511, doi:10.1016/j.cmet.2019.06.003 (2019).

2. Champagne, D. P. et al. Fine-Tuning of CD8(+) T Cell Mitochondrial Metabolism by the Respiratory Chain Repressor MCJ Dictates Protection to Influenza Virus. Immunity44, 1299-1311, doi:10.1016/j.immuni.2016.02.018 (2016).

3. Korencak, M. et al. Effect of HIV infection and antiretroviral therapy on immune cellular functions. JCI Insight4, doi:10.1172/jci.insight.126675 (2019).

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