CFTR调控γδ T细胞的机制及其在肠道黏膜防御中的功能研究

The intestinal mucosal layer acts as the first barrier to the entry of the foreign antigen and pathogens. The dysfunction of mucosal defense leads to the bacterial translocation and host infection, in turn causes mortality. Intestinal epithelial cells and adjacent γδ intraepithelial lymphocytes (γδ IEL) are key players of the intestinal defense, yet little is known about the mechanism of their functions. Our current work suggested that the deficiency of cystic fibrosis transmembrane conductance regulator (CFTR) altered the production of IFN-γ in γδ T cells, and interestingly, the population of γδ IEL decreased a lot in CFTR-/- mice. This proposal seeks to deeply investigate the regulatory role of CFTR on γδ IEL using CFTR-/- mice, intestinal epithelium and γδ T co-culture, γδ IEL adoptive transfer and Salmonella Typhimurium infection. In this proposal, we will address the following scientific questions: ⑴ how CFTR regulates the function of γδ IEL? ⑵ whether the regulatory role of CFTR on γδ IEL protects the intestine from the pathogens invasion? We expect to reveal the new regulatory mechanism of γδ IEL function and provide a new sight on the intestinal mucosal defense, therefore identify a new target for the therapy of intestinal damage.

肠道黏膜是机体阻止微生物入侵的第一道屏障。肠黏膜防御功能减弱，将导致细菌移位以及机体感染，直至多器官衰竭而危及生命。在肠道黏膜防御中，肠道上皮细胞与其紧密接触的γδ肠上皮内淋巴细胞（γδ IEL）扮演十分重要的角色，但具体分子机制尚未明确。我们近期的研究发现囊性纤维化跨膜转导调节因子（CFTR）的功能缺失引起γδ T细胞IFN-γ的分泌降低，而且CFTR-/-小鼠肠道γδ IEL细胞的数量大大降低。本项目拟应用CFTR-/-小鼠、肠道上皮细胞与γδ T细胞共培养、γδ IEL过继转输以及沙门氏杆菌感染等模型深入探讨CFTR调控γδ IEL的分子机理，提出的关键科学问题是CFTR如何调控γδ IEL的功能？CFTR是否通过调控γδ IEL的功能从而对肠道黏膜进行保护？我们将有望发现调控γδ IEL功能的新机制，拓展我们对肠道黏膜防御的认知，并为肠道疾病的治疗提供新的靶点。

恶性肿瘤的免疫疗法为肿瘤的治愈带来新的希望。γδ T细胞具有MHC非依赖特性，并且通过早期浸润产生大量的IFN-γ，在抗肿瘤免疫的早期发挥重要的保护作用，因此引起免疫治疗领域的高度关注。离子通道是在细胞生命活动中特别是在免疫细胞功能调控方面发挥重要的作用。囊性纤维化跨膜传导调节因子（cystic fibrosis transmembrane conductance regulator，CFTR）是上皮细胞膜上一种重要的氯离子通道和调节蛋白，近期发现提示CFTR参与体内免疫调控，并与肿瘤发病风险相关，而CFTR是否通过影响γδ T细胞氯离子转运而调控其肿瘤免疫功能的相关研究至今未见报道。因此，本研究旨在探讨CFTR氯离子通道蛋白调控γδ T细胞功能的潜在分子机制以及在肿瘤免疫中的关键作用。我们发现CFTR在γδ T细胞表面功能性表达，并且随着γδ T细胞的活化表达量有逐渐降低的趋势。我们发现CFTR基因缺失后，外周γδ T细胞的活化水平以及分泌IFN-γ的能力显著升高，同时CFTR-/- γδ T中TCR信号早期活化蛋白PLCγ1，ZAP70的活性显著提高，晚期相关蛋白P38，c-Jun的磷酸化水平以及NFATc1的蛋白水平显著升高。另外，我们发现CFTR可能通过与TCR早期信号传导复合体PLCγ1-Lck-ZAP70相互作用来介导γδ T细胞的活化，并抑制γδ T细胞免疫突触的形成。在CFTR抑制剂实验中，我们发现在小鼠γδ T细胞中，阻断CFTR氯离子通道能提升胞内Ca离子浓度，并增强IFN-γ的分泌。在动物肿瘤模型中，我们发现CFTR-/- γδ T细胞能显著减小肿瘤的大小，抑制肿瘤的产生。此项研究揭示，CFTR在γδ T细胞上功能性表达，CFTR的缺失以及通道功能受阻能提高γδ T细胞IFNγ的表达，并增强γδ T细胞的抗肿瘤能力。其主要分子机制是CFTR通过与TCR早期信号传导复合体相互作用以及提升胞内Ca离子浓度来影响γδ T细胞的活化，抑制γδ T细胞免疫突触的形成。该研究有助于丰富γδ T的生物学功能，以及拓展CFTR在肿瘤研究领域的认知以及应用。