2型糖尿病（T2D）的主要特征是高血糖，它會逐漸對多個器官造成損害，從而引發(fā)一系列并發(fā)癥。T2D患者更容易發(fā)生嚴(yán)重的呼吸道病毒感染，但其潛在機制尚不清楚。最近，《Cell Metabolism》上發(fā)表了題為“Hyperglycemia-triggered lipid peroxidation destabilizes STAT4 and impairs anti-viral Th1 responses in type 2 diabetes”的文章，發(fā)現(xiàn)T2D患者以及T2D小鼠表現(xiàn)出Th1輔助細胞（Th1）缺陷反應(yīng)，這種缺陷源于由高血糖引起的CD4⁺ T細胞內(nèi)在代謝紊亂。這些異常促進脂質(zhì)過氧化（LPO），從而驅(qū)動信號傳導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活蛋白（STAT4）的羰基化，這是一個關(guān)鍵的Th1分化決定因子。羰基化的STAT4快速降解，導(dǎo)致T-bet誘導(dǎo)減少，Th1分化減弱。這一發(fā)現(xiàn)對控制T2D相關(guān)病毒并發(fā)癥具有重要意義。

圖1. 高血糖-LPO-STAT4軸導(dǎo)致T2D宿主中抗病毒Th1活性降低

（圖片來自《Cell Metabolism》）

為了研究T2D患者在呼吸道病毒感染后的T細胞反應(yīng)，研究者分析了來自重癥COVID-19患者支氣管肺泡灌洗液（BALs）的T細胞單細胞RNA測序（scRNA-seq）數(shù)據(jù)。與抗病毒為中心的反應(yīng)?致，Th1細胞構(gòu)成了COVID-19患者BAL中主要的細胞群體。T2D并未阻礙Th1細胞的早期激活。然而，T2D患者的Th1細胞?例顯著低于?T2D患者，導(dǎo)致T2D患者BAL中的Th1特征減少。值得注意的是，T2D對BAL Th1細胞的增殖和?存率沒有影響，這表明觀察到的Th1細胞?例較低可能是由于Th1分化受損所致。通過A型流感病毒（IVA）感染小鼠模型來驗證這一推測。通過給雄性C57BL/6小鼠喂食脂肪飲?（HFD）來誘導(dǎo)T2D。隨后，這些小鼠通過鼻腔接種了流感PR8株。與臨床觀察結(jié)果?致，T2D患者患重癥流感的風(fēng)險更高，PR8感染的?脂飲食小鼠?標(biāo)準(zhǔn)飲食小鼠體重損失更?，病毒清除能?更差。感染后第8天的肺浸潤物分析顯示，高脂飲食小鼠中NP311?325特異性CD4⁺ T細胞的數(shù)量顯著低于標(biāo)準(zhǔn)飲食小鼠。值得注意的是，高脂飲食小鼠的這些抗原特異性CD4⁺ T細胞向Th1譜系極化減少，細胞毒性活性降低，表現(xiàn)為STAT4和T-bet的表達降低，以及IFN-γ和顆粒酶B的產(chǎn)?減少?？偟膩碚f，這些數(shù)據(jù)表明，T2D會導(dǎo)致呼吸道病毒感染后Th1反應(yīng)受損。

圖2. T2D患者和小鼠在病毒感染期間表現(xiàn)出Th1反應(yīng)受損

（圖片來自《Cell Metabolism》）

接著，作者推測在急性感染期間Th1極化的顯著下降是否會導(dǎo)致T2D患者記憶CD4⁺ T細胞室中Th1細胞的減少。為此，研究者從T2D患者和健康對照組中分別收集外周血單個核細胞（PBMC）樣本進行研究。觀察到與健康人和患有單純性肥胖癥（WC-T2D）的患者相比，在患有妊娠期糖尿?。≒C-T2D）的患者中檢測到Th1記憶細胞顯著減少。這支持了T2D患者Th1反應(yīng)受損的觀點，并表明這種損傷與高血糖有關(guān)。接下來，他們試圖確定PC-T2D患者Th1反應(yīng)減弱是否源于其T細胞的內(nèi)在缺陷。在Th1極化條件下培養(yǎng)從健康人、WC-T2D患者或PC-T2D患者中分離出的原始T細胞，并通過檢測包括STAT4、T-bet和IFN-γ在內(nèi)的Th標(biāo)志物的表達水平來評估這些細胞的質(zhì)量。培養(yǎng)6天后，從所有三組中收集到相似數(shù)量的活細胞。但患有PC-T2D患者的Th1細胞中STAT4和T-bet的表達顯著降低，IFN-γ產(chǎn)生者的比例也有所下降。因此，高血糖，而非胰島素敏感性，導(dǎo)致了T2D患者Th1細胞的損傷。接下來，他們在不同葡萄糖濃度的培養(yǎng)基中對源自肝細胞的Th1細胞進行極化。發(fā)現(xiàn)，在高糖條件下極化的細胞與生理葡萄糖水平（5.5mM）下的細胞相比，Th1特征明顯減少?？傊?，這些數(shù)據(jù)表明，在高血糖型T2D宿主中，單獨的高血糖就足以導(dǎo)致Th1功能障礙。

圖3. CD4 ⁺ PC-T2D患者的T細胞向Th1細胞分化的能?較弱

（圖片來自《Cell Metabolism》）

LPO是一種有害的代謝事件，與T2D患者的CD8+T細胞功能障礙有關(guān)。然而，其對Th1反應(yīng)的影響仍不清楚。值得注意的是，與健康對照者（HCs）和WC-T2D的患者相比，PC-T2D患者的Th1細胞中LPO顯著增加。此外，在新冠肺炎T2D患者的Th1細胞中，LPO相關(guān)基因表達上調(diào)。這些發(fā)現(xiàn)表明，在PC-T2D患者中觀察到的LPO升高與Th1細胞分化缺陷之間存在潛在聯(lián)系。為了進一步驗證這一點，作者將從HCs中分化的未激活的T細胞（CD4⁺ T細胞）在添加和不添加促紅細胞生成素（erastin）的情況下分化為Th1細胞。促紅細胞生成素不影響體外分化的Th1細胞的擴增或存活。然而，促紅細胞生成素處理導(dǎo)致STAT4和T-bet表達降低，同時IFN-γ生成減少。重要的是，PC-T2D患者中Th1細胞分化的受損是由LPO介導(dǎo)的。LPO抑制劑脂蛋白-1顯著增加了PC-T2D患者來源的Th1細胞中STAT4和T-bet的表達水平，并恢復(fù)了IFN-γ的產(chǎn)生。

研究者進一步在基因水平證實了這些發(fā)現(xiàn)。酰基輔酶A（CoA）合成酶長鏈家族成員4（ACSL4）和谷胱甘肽過氧化物酶4（GPX4）分別是LPO的正調(diào)節(jié)劑和負調(diào)節(jié)劑。在源自肝細胞（HCs）的活化的CD4⁺ T細胞中，通過敲低ACSL4（ACSL4 KD）以及過表達GPX4（GPX4 OE）來抑制LPO。發(fā)現(xiàn)，盡管在生理葡萄糖水平（5.5mM）下，ACSL4 KD和GPX4 OE對Th1分化沒有影響，但這些基因干預(yù)有效地降低了LPO水平，并增強了在高糖條件（25mM）下極化的CD4⁺ T細胞的Th1特征。這些發(fā)現(xiàn)表明，T2D宿主的高血糖會加劇CD4⁺ T細胞LPO，從而阻礙它們分化為Th1細胞的能力。糾正這一缺陷可能是改善這些個體病毒控制情況的關(guān)鍵。

圖4. LPO升高會阻礙PC-T2D患者的Th1分化

（圖片來自《Cell Metabolism》）

接下來，作者試圖確定LPO抑制Th1分化的機制。CarSPred軟件進行分析顯示，STAT4蛋白中有幾個預(yù)測的羰基化位點，但T-bet中沒有，這表明STAT4蛋白是LPO在破壞Th1分化過程中的主要靶點。由于TBX21的表達在Th1細胞中受到STAT4的增強，作者假設(shè)LPO誘導(dǎo)的羰基化降低了STAT4蛋白的穩(wěn)定性，導(dǎo)致TBX21誘導(dǎo)減少，Th1分化受損。為了驗證這一假設(shè)，研究者首先測量了羰基化蛋白的豐度，發(fā)現(xiàn)與這些細胞中檢測到的LPO水平差異一致。此外，通過erastin誘導(dǎo)LPO增強了體外分化的Th1細胞中羰基化蛋白的細胞內(nèi)水平。免疫印跡分析顯示，在erastin處理后，STAT4的羰基化增加，而T-bet的羰基化沒有增加?？傊@些數(shù)據(jù)表明LPO觸發(fā)STAT4的羰基化。這些數(shù)據(jù)支持了LPO通過羰基化介導(dǎo)的STAT4降解來阻礙Th1分化的觀點。

圖5. LPO誘導(dǎo)蛋白質(zhì)羰基化促進STAT4降解

（圖片來自《Cell Metabolism》）

本研究結(jié)果顯表明，高血糖-LPO-STAT4軸使得T2D宿主中Th1活性降低，研究揭示了Th1分化前所未有的代謝檢查點，并建?了T2D患者病毒感染不良預(yù)后的新機制。

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相關(guān)蛋白、抗體和試劑盒：

相關(guān)動物模型：