慢性病毒感染中CD8T细胞功能耗竭的分子机制

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背景和目的:慢性病毒感染后,CD8T细胞增殖分化成为病毒特异性的效应CD8T细胞,由于慢性病毒持续存在,效应CD8T细胞免疫功能逐渐降低,增殖能力下降,细胞存活率下降,并且不能分化形成记忆性CD8T细胞,这一现象已经被学术界广泛研究发现,并且称此为T细胞功能耗竭,大部分发生在慢性感染和肿瘤中。目前关于CD8T细胞功能耗竭的机制尚不完全清楚。我们的前期研究结果显示,表观遗传修饰在记忆性CD8T细胞的分化形成以及功能发挥中具有重要作用。因此本研究中,我们将首次从表观遗传修饰角度探讨慢性病毒感染中CD8T细胞功能耗竭的分子调控机制,重点是组蛋白乙酰化调控与病毒慢性感染中功能耗竭性CD8T细胞的关系,从而以此为理论基础进一步研究延缓或者逆转慢性病毒感染后CD8T细胞功能的耗竭。方法:利用淋巴细胞行脉络丛脑膜炎病毒(lymphocytic choriomeningitisvirus-LCMV)不同病毒株感染小鼠建立小鼠感染模型:急性病毒株LCMV-Arm(Arm)感染小鼠建立急性感染,LCMV-clone13(Cl-13)感染小鼠建立慢性感染。通过与Arm急性病毒感染比较,分析Cl-13慢性感染过程中,病毒特异性CD8T细胞组蛋白乙酰化的表达特点、功能意义及与疾病进展的关系,从表观遗传学角度分析慢性感染中抗原特异性CD8T细胞免疫功能耗竭的分子机制。应用四聚体染色技术检测表位特异性CD8T细胞的频率;流式细胞仪检测病毒特异性CD8T细胞的表型特征;体外多肽刺激淋巴细胞,流式细胞仪检测CD8T细胞产生细胞因子的能力;流式细胞染色以及染色质免疫共沉淀(chromatinimmunoprecipitation, ChIP)实验研究CD8T细胞组蛋白乙酰化表达水平;体内和体外实验探讨组蛋白乙酰化酶抑制剂丙戊酸钠(valproic acid sodium,VPA)是否可以逆转耗竭性CD8T细胞的免疫功能;流式细胞染色和实时定量PCR检测VPA处理后CD8T细胞的功能状态;细胞过继转移实验研究VPA体外处理后的功能耗竭性CD8T细胞是否可以在体内存活并且发挥更强的免疫功能。结果:1)与Arm急性致病病毒株比较,Cl-13慢性病毒株感染小鼠后,病原特异性CD8T细胞免疫功能逐渐降低,分泌细胞因子IFN-γ, TNF-α以及IL-2能力下降,并最终进入耗竭状态。2) Cl-13感染中,流式细胞仪染色分析显示,病毒特异性CD8T细胞组蛋白乙酰化水平在感染初期高表达,随着感染的进程,逐渐低表达。ChIP结果显示,在慢性病毒感染初期,ifng-promoter和ifng-enhancer两基因位点结合更多乙酰化的组蛋白;在功能耗竭期,两基因位点结合乙酰化的组蛋白水平显著降低。3) Cl-13感染中,不仅病毒特异性CD8T细胞功能耗竭,整体CD8T细胞免疫功能也下降,表现为分泌细胞因子的能力降低,并且整体CD8T细胞组蛋白乙酰化水平也降低。4)体外VPA处理耗竭性CD8T细胞后,其组蛋白乙酰化水平升高,分泌IFN-γ等细胞因子的能力提高。5)体外VPA处理后的耗竭性CD8T细胞过继转移入正常小鼠体内后,存活率升高,并且分泌细胞因子能力升高,表明这群细胞免疫功能增强,成为具有功能的记忆性CD8T细胞。6)体内VPA治疗Cl-13病毒感染后小鼠,病毒特异性CD8T细胞组蛋白乙酰化水平升高,耗竭性CD8T细胞延缓形成。7)体内或者体外VPA处理耗竭性CD8T细胞后,ChIP实验结果显示,ifng-promoter和ifng-enhancer两基因位点结合乙酰化的组蛋白水平显著升高。结论:Cl-13慢性病毒株感染后,CD8T细胞免疫功能渐进性耗竭;Cl-13感染过程中CD8T细胞功能缺陷与其不能进行必需的组蛋白乙酰化重塑有关;慢性感染过程中CD8T细胞功能缺陷可以通过增加组蛋白乙酰化而得以逆转。本研究首次从表观遗传学角度阐明了病毒慢性感染后CD8T细胞功能耗竭的机制,从而为病毒慢性感染的免疫调节治疗提供理论基础与实验依据。
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