综述：Th17 和 Treg 细胞代谢调节的特征

这篇综述聚焦 Th17 和 Treg 细胞代谢调节，阐述其在多种代谢途径中的特征及与疾病关联。

　　

1. 引言

免疫细胞的能量需求、生物合成、增殖和分化受关键代谢过程调控。初始 T 细胞能量需求低，效应 T（Teff）细胞则高度依赖有氧糖酵解和氨基酸转运，通过代谢重编程在短时间内为增殖和发挥效应功能提供能量和生物大分子。初始 CD4? T 细胞在抗原刺激后可分化为具有特定功能的 Teff 细胞或表达 Foxp3 的调节性 T（Treg）细胞，Th17 细胞和 Treg 细胞在分化和功能上相互拮抗。Th17 细胞分泌白细胞介素 - 17（IL-17）等多种细胞因子，可刺激促炎分子分泌；Treg 细胞具有免疫调节和抑制功能。

维甲酸相关孤儿核受体 γt（RORγt）是 Th17 细胞系的特异性转录因子，促进 Th17 细胞分化并产生关键因子 IL-17。转化生长因子 -β（TGF-β）和 IL-6 可通过激活信号转导和转录激活因子 3（STAT3）诱导 RORγt，进而调节 IL-17 等细胞因子的转录，促进 Th17 细胞发育和分化。叉头转录因子 Foxp3 是 Treg 细胞的特异性标志物，对 Treg 细胞的发育和功能至关重要。研究表明，FoxP3 以 TGF-β 浓度依赖的方式拮抗 RORγt 的功能，激活的 CD4? T 细胞最终分化为 Th17 还是 Treg 细胞取决于 TGF-β 调节的 RORγt 和 Foxp3 的平衡。

Th17 细胞和 Treg 细胞在分化和功能上密切相关，它们的失衡与自身免疫性疾病（如类风湿关节炎、多发性硬化症）、感染性疾病（如炎症性肠病、乳腺炎、呼吸道疾病）以及肿瘤发展等多种疾病的发生发展密切相关。为深入了解 Th17 和 Treg 细胞代谢的调节机制，本文综述了 Th17 和 Treg 细胞代谢调节的特征，以期为这些疾病的治疗提供有效的分子靶点。

2. Th17 和 Treg 细胞中的脂肪酸代谢

脂质代谢是免疫细胞调节的关键途径。研究表明，Th17 细胞的发育高度依赖从头脂肪酸合成（FAS），而非外源脂肪酸。脂肪酸氧化（FAO）可通过线粒体呼吸提供能量，激活 CD4? T 细胞并促进 Treg 细胞分化。抑制 FAS 或促进 FAO 会导致 Th17/Treg 细胞向 Treg 细胞轴向分化。

乙酰辅酶 A 羧化酶（ACCs）在脂肪酸代谢中可催化 ATP 依赖的乙酰辅酶 A 羧化为丙二酰辅酶 A，其有 ACC1 和 ACC2 两种亚型。ACC1 存在于脂肪组织细胞质中，参与长链脂肪酸合成；ACC2 是 FAO 的重要调节因子，可抑制肉碱棕榈酰转移酶 1（CPT1）以减少脂肪酸氧化，同时也为 ACC1 缺陷的肝细胞提供脂肪酸合成底物。研究发现，Th17 细胞依赖 ACC1 介导的从头脂肪酸合成和潜在的糖酵解 - 脂质生成代谢途径发育，而 Treg 细胞分化不需要激活该途径。ACC1 特异性抑制剂索拉芬 A 可通过抑制从头脂肪酸合成减少 Th17 细胞分化和 Th17 细胞特异性基因的表达，还会干扰葡萄糖衍生碳通过糖酵解和三羧酸循环的代谢通量。此外，肥胖小鼠通过 CD4? T 细胞中的 ACC1 调节 RORγt 与靶基因 DNA 的结合，影响 Th17 细胞分化中 RORγt 的功能。

饮食中的长链脂肪酸（LCFAs）和短链脂肪酸（SCFAs）对 Th17 和 Treg 细胞分化有相反作用。脂肪酸合酶（FASN）催化乙酰辅酶 A 和丙二酰辅酶 A 合成长链饱和脂肪酸，FASN 和 ACC1 是 LCFAs 合成的关键酶。银屑病小鼠结肠中油酸和硬脂酸水平升高，促进小鼠引流淋巴结和皮肤中 Th17 细胞分化，外源性添加油酸和硬脂酸可加重小鼠银屑病症状。过表达 FASN 可通过增加油酸生成促进 RORγt 与 IL-17a 基因启动子的结合，促进 Th17 细胞分化。在 SCD1 缺陷小鼠中，由于胸腺中缺乏油酸，初始 T 细胞分化为 Treg 细胞。此外，棕榈酸通过 CD36 进入细胞，增强肿瘤微环境中 Treg 细胞分化，而油酸可减轻这种作用。月桂酸促进 Th17 细胞分化和增殖，而 SCFAs（如丁酸、乙酸、丙酸）促进 Treg 细胞分化。

CPT1A 是 FAO 的限速酶，在淋巴细胞和其他造血细胞中主要表达。研究发现，分离的小鼠 Treg 细胞和初始 CD4? T 细胞表达相似水平的 CPT1A 和 AMP 激活蛋白激酶（AMPK），CPT1A 缺陷的 Treg 细胞中 Foxp3 表达水平和线粒体氧化能力正常，且 CPT1A 缺失不影响 Treg 细胞的体外抑制能力，表明 Teff 和 Treg 细胞的发育和功能在缺乏 CPT1A 的情况下仍可正常进行。用 CPT1A 抑制剂埃托莫昔处理分离的小鼠 CD4? T 细胞和 Treg 细胞，不改变 Teff 细胞分化，但抑制 Treg 细胞形成，这显示了 Treg 细胞对脂质代谢的选择性依赖。进一步研究发现，低浓度埃托莫昔抑制 Treg 细胞中 CPT1 活性，进而抑制长链脂肪酸氧化；高浓度埃托莫昔则以 CPT1A 非依赖的方式抑制 Treg 细胞分化和增殖，并抑制 Th17 细胞增殖。

AMPK 是一种在低能量条件下激活的蛋白激酶，调节能量稳态并参与多种信号通路。在 T 细胞激活过程中，许多上游调节因子（如丝氨酸 / 苏氨酸蛋白激酶 LKB1）调节 AMPK 活性，进而抑制哺乳动物雷帕霉素靶蛋白复合物 1（mTORC1）表达，调节细胞内葡萄糖和脂质代谢，使 AMPK 在 T 细胞代谢重塑中处于中心地位。AMPK 介导的 FAO 支持 Treg 细胞分化，AMPK 途径通过抑制 mTOR 信号抑制 mTOR 活性，促进线粒体脂质氧化，从而促进 Treg 细胞生成，抑制 Teff 细胞功能和存活。AMPK 还抑制 FAS，通过直接磷酸化固醇调节元件结合蛋白 - 1c（SREBP-1c）上的 Ser372 位点，降低 SREBP-1c 表达，间接抑制 FAS。此外，AMPK 磷酸化并抑制 ACC1 活性，降低细胞内 FAS 活性，抑制 Th17 细胞发育。在实验性自身免疫性脑脊髓炎模型中，AMPK 激动剂二甲双胍抑制小鼠中枢神经系统脂质合成，降低炎症细胞因子干扰素 γ（IFN-γ）、肿瘤坏死因子 α（TNF-α）、IL-17 和 IL-1β 的表达。AMPK 缺陷小鼠的 Treg 细胞抑制炎症能力降低，与 T 细胞上 CD25 表达减少有关。

mTOR 是一种蛋白激酶，属于磷脂酰肌醇 3 - 激酶相关蛋白激酶（PIKK）家族，参与细胞发育、增殖和分化的调节。mTOR 由 TORC1（对雷帕霉素敏感）和 TORC2（对雷帕霉素不敏感）两个复合物组成。mTORC1 通过激活 SREBP-1 促进脂肪酸从头合成，多种参与脂肪酸从头合成的关键酶的表达和活性受 mTOR 途径调节。研究表明，mTOR 与 Treg 细胞中的脂肪酸代谢有关，mTOR 可激活有氧糖酵解并诱导 FAS，促进初始 T 细胞向 Th17 细胞分化；抑制 mTOR 则增加外源脂肪酸氧化，促进 Treg 细胞分化。然而，近期研究发现，mTOR 抑制剂 AZD8055 通过降低细胞耗氧率和细胞外酸化率，削弱 Treg 细胞的增殖和抑制功能。在脓毒症患者的初始 CD4? T 细胞中，Akt/mTOR/SREBP2 信号通路增强，促进 Treg 细胞分化并增强其抑制功能，该通路与胆固醇代谢有关。组成性激活 mTORC1 可增强小鼠 T 细胞中 Th17 细胞分化和 IL-17 表达，mTORC1 通过磷脂酰肌醇 3 - 激酶 / 蛋白激酶 B（PI3K/Akt）途径正向调节 Th17 细胞分化，用雷帕霉素抑制 mTOR 可导致小鼠 Th17 细胞分化减少，Treg 细胞生成增加。小 GTP 酶 Rheb 缺失会损害 mTORC1 功能，影响 Th1 和 Th17 细胞分化；mTOR 的雷帕霉素不敏感伴侣（RICTOR）缺失会导致 mTORC2 功能丧失，但不影响 Th17 细胞分化。有趣的是，mTORC2 激活对 Treg 细胞功能并非必需，而 mTORC2 抑制是 Treg 细胞发育所必需的。转录因子 Foxp3 通过抑制 PI3K - Akt - mTORC1 信号通路抑制糖酵解，增强线粒体氧化，这对 T 细胞分化和功能至关重要。

过氧化物酶体增殖物激活受体 γ（PPARγ）是配体激活的核受体家族成员，参与 T 细胞脂肪代谢，脂肪酸可激活 PPARγ 并作为其配体。研究表明，PPARγ 是内脏脂肪组织（VAT）中 Treg 细胞积累、表型和功能的关键分子调节因子。mTORC1 通过诱导 PPAR-γ 和激活 SREBP1 控制活化 CD4? T 细胞的脂肪酸摄取和生物合成程序，表明 mTORC1-PPARγ 途径对活化 CD4? T 细胞的脂肪酸摄取至关重要。PPARγ 和 SREBP1 直接结合并调节小鼠和人类 CD4? T 细胞中参与脂肪酸摄取和合成的基因表达，PPAR-γ 依赖的脂肪酸摄取对 CD4? T 细胞的激活和快速增殖至关重要。抑制或基因沉默 PPARγ 会降低与脂肪酸摄取相关的基因表达，损害 CD4? T 细胞的激活和快速增殖。PPARγ 是 Th17 细胞产生的内在抑制剂，CD4? T 细胞特异性 PPARγ 敲除小鼠与野生型 CD4? T 细胞相比，Th17 细胞分化显著增加，表明 PPARγ 负向调节 Th17 细胞分化。此外，激活 CD4? T 细胞中的 PPARγ 可选择性抑制 Th17 细胞分化，但不影响其向 Th1、Th2 或 Treg 细胞分化，表明 PPARγ 特异性作用于 Th17 细胞分化。PPARγ 通过增加 IL-10 产生增强皮肤 Treg 细胞的抗炎功能，缓解小鼠银屑病症状，但高脂肪饮食会加剧炎症。罗格列酮、15d-PGJ2 和桑色素三种 PPARγ 激动剂通过增强 CD36/CPT1 介导的 FAO 促进 Treg 细胞分化。

3. Th17 和 Treg 细胞中的糖酵解

糖酵解对 Th17 细胞的发育至关重要，Th17 细胞利用有氧糖酵解满足其代谢和生物能量需求。Treg 细胞的增殖和抑制功能也部分依赖于糖酵解，因此调节糖酵解途径可影响 Th17 和 Treg 细胞的平衡。抑制糖酵解可使 Th17/Treg 轴向 Treg 细胞诱导方向转变，有助于控制自身免疫性疾病的进展。

在饮食诱导的肥胖组织、实验性过敏性脑脊髓炎（EAE）和非酒精性脂肪性肝病（NAFLD）中均观察到 IL-17 过表达，这一现象与糖酵解代谢密切相关。研究发现，腹部脂肪中 CD4? T 细胞的 Foxp3 表达显著高于淋巴组织（脾脏、淋巴结）和非淋巴组织（肺、肝）。随着年龄增长，小鼠腹部脂肪、皮下脂肪组织和脾脏中的 Treg 细胞逐渐增加。与正常对照（NC）小鼠相比，高脂饮食（HFD）喂养的小鼠肥胖，腹部脂肪中 Treg 细胞水平显著降低，同时脂肪组织趋于炎症状态。HFD 喂养 12 - 16 周的小鼠，血管脂肪组织和脾脏中的 CD4? T 细胞表现出更高的 IFN-γ 和 IL-17 表达，HFD 还诱导 T 细胞激活，增加 CD4?和 CD8? T 细胞中促炎细胞因子的产生。HFD 喂养小鼠的 Th17 细胞中，糖酵解酶（如己糖激酶 1（HK1）、乳酸脱氢酶 - A（LDH-A）和丙酮酸激酶 M（PKM））的表达高于正常饮食（NCD）喂养的小鼠。同样，炎症性肝 Th17（ihTh17）细胞中糖酵解关键酶的表达高于传统肝 Th17（chTh17）细胞，细胞外酸化率和氧消耗率均增加。用糖酵解抑制剂 2 - 脱氧 - D - 葡萄糖（2-DG）处理 ihTh17 细胞，可降低 IL-17A、IFNγ 和 TNFα 的表达，且不影响 CXCR3 表达。短期用 2-DG 处理肥胖小鼠，虽不改变小鼠肥胖程度和肝脏甘油三酯积累，但可减少 ihTh17 细胞积累和肝细胞损伤程度。这些证据表明，肥胖引起的内脏器官炎症与 Th17 细胞的糖酵解代谢有关。相反，肥胖小鼠肠道组织中 Th17 细胞比例显著降低，Th1 细胞比例升高，过继转移体外分化的肠道归巢 Th17 细胞可减少肥胖小鼠的代谢缺陷。

丙酮酸激酶（PK）是糖酵解的关键酶，催化磷酸烯醇式丙酮酸转化为丙酮酸，丙酮酸可被丙酮酸脱氢酶系统催化为乙酰辅酶 A，或被乳酸脱氢酶（LDH）催化为乳酸，随后乙酰辅酶 A 进入三羧酸循环（TCA）产生 ATP。哺乳动物丙酮酸激酶有四种同工型：丙酮酸激酶 M1（PKM1）、丙酮酸激酶 M2（PKM2）、红细胞蛋白激酶（PKR）和肝蛋白激酶（PKL）。PKM1 主要分布在代谢需求高的组织，如肌肉、心脏和大脑；肝脏和肾脏表达 PKM2 和 PKL；淋巴细胞也表达 PKM2。TCR 信号磷酸化钙 / 钙调蛋白依赖性蛋白激酶 IV（CaMK4）并促进糖酵解，CaMK4 与 PKM2 在体内相互作用。CaMK4 缺陷的 CD4? T 细胞和抑制 PKM2 可降低糖酵解以及 Th1 和 Th17 细胞的体外分化，缓解 EAE 的发展。蛋白二硫键异构酶家族 A 成员 3（PDIA3）与 PKM2 结合并转移到细胞核，促进 RORγt、IL-17A 和 TNF-α 的表达。花青素（PET）通过 NOX4/PKM2 轴抑制桥本甲状腺炎（HT）小鼠的 Th17 细胞分化，缓解疾病。TCR 激活后，CD4? T 细胞中 PKM2 表达升高且高于 PKM1，T 细胞激活伴随 PKM2 中丝氨酸 37（S37）磷酸化，有助于 PKM2 转移到细胞核。用 PKM2 变构激活剂四乙基焦磷酸 - 46（TEPP-46）处理 CD4? T 细胞，可导致 PKM2 四聚化并阻止其转移到细胞核，下调有氧糖酵解的关键因子 Myc、缺氧诱导因子 - 1α（HIF-1α）和 mTOR 的表达。TEPP-46 通过阻断 TGF-β1 途径抑制 Th17 和 Treg 细胞分化，促进产生 GM-CSF 细胞因子的 T 细胞亚群生成，改变 EAE 的病理部位，诱导 Th1 细胞向 Treg 细胞转化。与正常小鼠相比，HFD 喂养的 PKM2 基因敲除（PKM2^fl/fl-dLckCre）小鼠的肝细胞损伤和 ihTh17 细胞积累减少。此外，用紫草素（PKM2 抑制剂）处理 ihTh17 细胞，可降低其体外炎症活性和糖酵解能力，表明 T 细胞中 PKM2 缺失可缓解 NAFLD 炎症。

NF-κB 诱导激酶（NIK）是非经典核因子 κB（NF-κB）信号通路的核心成分，主要功能是激活非经典 NF-κB 信号通路。早期研究表明，NIK 基因突变导致小鼠淋巴结缺失，降低脾脏和胸腺的免疫功能。在 EAE 模型中验证 NIK 对 CD4? T 细胞作用的实验中，与对照组相比，NIK 三重敲除（NIK-TKO）小鼠引流淋巴结（dLNs）和中枢神经系统（CNS）中的 Th1 和 Th17 细胞数量减少，引流淋巴结和脾脏中的 Treg 细胞数量也减少，这与稳态条件下 Treg 细胞减少一致。另一项研究表明，小鼠 T 细胞中 NIK 过表达导致致命性免疫疾病，NIK 诱导的转基因（NIK^iTg）小鼠胸腺 Treg 细胞产生减少，淋巴结中 Treg 细胞显著增殖。相反，敲除小鼠 T 细胞中的 HK2 基因可使 Treg 细胞紊乱恢复正常。HK 是糖酵解的第一步关键酶，催化葡萄糖转化为葡萄糖 - 6 - 磷酸，哺乳动物细胞有四种己糖激酶（HK）同工型，包括 HK1、HK2、HK3 和 HK4。与 HK1 相比，HK2 是肿瘤发展所必需的，高表达 HK2 通过降低 CD8? T/Treg 细胞比例促进肿瘤发生。2-DG 是糖酵解抑制剂，结构与葡萄糖相似，可与葡萄糖竞争结合 HK 阻断糖酵解。在 EAE 的 Th17 极化转移模型实验中，在引流淋巴结（DLN）细胞体外扩增时添加 2-DG，结果显示 Th17 细胞表达减少，Treg 细胞增加。随后将 2-DG 处理的细胞转移到 Th17 诱导的小鼠 EAE 模型中，可缓解 EAE 的发展。总之，阻断糖酵解可有效改变 Th17 和 Treg 细胞分化。有趣的是，条件性敲除小鼠 T 细胞中的 HK2 基因不影响 Treg 细胞的体内功能以及 T 细胞的体外激活和增殖，HK2 缺失仅轻度缓解 T 细胞介导的炎症反应，因此 HK2 有望成为肿瘤治疗和 Th17 介导的炎症反应的靶点，但还需进一步研究其对 T 细胞的调节机制以及 HK2 抑制剂的选择。

mTOR 是一种参与细胞发育、增殖和分化调节的蛋白激酶。mTORC1 促进 Th1 和 Th17 细胞分化，m

Myc 是葡萄糖摄取和 T 细胞代谢的重要调节因子，也是 mTOR 的下游靶点，在小鼠 T 细胞发育和代谢重编程中发挥重要作用。Myc 协同控制糖酵解、磷酸戊糖途径（PPP）和谷氨酰胺分解，以支持 T 细胞激活后的增殖和分化。在 T 细胞激活过程中，Myc 作为转录因子，通过调节葡萄糖转运蛋白 1（GLUT1）、HK2、PK 和 LDHA 的表达来诱导糖酵解。Myc 还可通过 Akt 信号通路快速转运到质膜，进而增强糖酵解。急性缺失 Myc 会显著抑制激活诱导的 T 细胞糖酵解和谷氨酰胺分解。近年来研究表明，Foxp3 通过介导对 Myc 的转录抑制来抑制糖酵解。神经肽促皮质素抑制素（CST）可通过下调 Myc 和 HK2 的表达抑制 T 细胞糖酵解，从而限制 Th17 细胞分化。

HIF-1α 是调节糖酵解酶表达的关键转录因子，参与炎症反应，由 α（HIF-1α）和 β（HIF-1β）亚基组成。HIF1 依赖的糖酵解有助于 Th17 和 Treg 细胞的谱系选择，HIF1α 是 mTOR 途径的下游信号分子，通过促进糖酵解促进 Th17 细胞分化，抑制 Treg 细胞分化。HIF1α 缺陷会导致 Th17 细胞发育减少，但增强 Treg 细胞分化。沉默 mTOR 可降低 T 细胞中 HIF-1α 水平和糖酵解，同时降低 Th17/Treg 细胞比例，从而缓解溃疡性结肠炎（UC）。表皮特异性缺失 HIF-1α 通过抑制糖酵解降低 IL-17A 表达，改善银屑病上皮病理。然而，在缺氧情况下，缺氧可通过 HIF-1α 以时间依赖的方式增强人外周血单个核细胞和小鼠脾细胞中 Foxp3 的表达。此外，在小鼠细胞中转染 HIF-1α 可在体内外增加 FoxP3 的表达，表明 Tregs 中的 HIF-1α 是其发挥最佳功能所必需的。近期研究表明，在肿瘤环境（1% O?）中，HIF-1α 缺失促进 Treg 细胞的线粒体代谢。特异性敲除 Tregs 中的 HIF-1α 会显著抑制 CD8? T 细胞增殖，肿瘤微环境中的脂肪酸代谢也可促进 Treg 细胞的抗炎能力。这些结果表明，在研究 T 细胞活性时，应关注不同组织环境对其代谢功能的影响。

T 细胞迁移依赖于糖酵解，用 2-DG 处理的 Treg 细胞在体内外的迁移能力均降低，而二甲双胍或腺苷一磷酸（AMP）激酶刺激的糖酵解可增强 Treg 细胞迁移，但会降低初始 T 细胞迁移。研究表明，Treg 细胞迁移依赖于葡萄糖激酶（GCK），GCK 由 PI3K-mTORC2 途径诱导，GCK 与肌动蛋白结合促进细胞骨架重排，缺失 GCK 会严重损害细胞骨架功能。此外，胶质瘤小鼠模型实验表明，HIF-1α 缺陷会降低 Tregs 迁移能力，减少肿瘤中 Tregs 数量，延长肿瘤小鼠的生存时间。考虑到 HIF-1α 可促进糖酵解，推测 HIF-1α 依赖的糖酵解可能是 Treg 细胞迁移的途径之一。在 IL-17 介导的炎症组织（如类风湿关节炎（RA））中，CD4? T 细胞高表达乳酸转运蛋白 SLC5A12，增加细胞内乳酸含量，通过 PKM2 的核转位和 FAS 介导的 STAT3 磷酸化促进 IL-17 产生，而乳酸转运蛋白抑制剂 SLC5A12Ab 可逆转这一过程。由于乳酸在多种组织中抑制 HK 和磷酸果糖激酶（PFK），推测 Th17 细胞迁移受糖酵解调节。用乳酸处理激活的 CD4? T 细胞会降低 HK（HK1、HK2）、PFK、烯醇化酶 -α（ENO1）和 PKM1/2 的表达，抑制 Th17 细胞迁移。SLC5A12Ab 可恢复 HK1 和烯醇化酶 1α 的表达，同时 HK2 转移到线粒体外膜参与 PPP。此外，抑制 FAS 可恢复乳酸诱导的 Th17 细胞迁移能力，表明 Th17 细胞在乳酸环境下通过改变代谢途径影响迁移能力。

4. Th17 和 Treg 细胞中的线粒体代谢

三羧酸（TCA）循环是能量代谢、生物合成和氧化还原平衡的重要中枢枢纽，葡萄糖、脂肪酸和氨基酸的代谢产物均可进入 TCA 循环。TCA 循环产生的烟酰胺腺嘌呤二核苷酸氢（NADH）和黄素腺嘌呤二核苷酸还原态（FADH?）为电子传递链（ETC）提供电子，进而通过氧化磷酸化（OXPHOS）产生 ATP。线粒体是细胞中 OXPHOS 和 ATP 合成的主要场所，为细胞提供能量，还参与钙稳态、脂质合成、分化、信号转导、细胞凋亡和细胞周期等过程。ETC 由位于线粒体内膜的两种电子载体（辅酶 Q（CoQ）和细胞色素 c（Cyt c））和一系列复合物（I、II、III、IV 和 V）组成。

复合物 I（NADH - 辅酶 Q 氧化还原酶）是 ETC 的第一步，催化 NADH 的两个电子转移至 CoQ，并参与跨膜质子梯度的形成。心脏或肝脏细胞质中的 NADH 通过苹果酸 - 天冬氨酸途径进入线粒体，该反应与甘油磷酸途径相比是可逆的，只有当细胞质中的 NADH/NAD?比例高于线粒体基质时，NADH 才能通过该途径进入线粒体，为呼吸链创造条件，且 NAD 的再利用影响细胞增殖。外源性 NAD 通过 SLC25A51（哺乳动物线粒体 NAD 转运体）进入线粒体，促进呼吸和信号传导。抑制电子复合物 I 会增加细胞内 NADH/NAD?比例，同时降低 ATP 生成。Th17 细胞对电子复合物 I 抑制敏感，用电子复合物 I 抑制剂鱼藤酮处理在 Th17 条件下培养的 CD4? T 细胞，会减少细胞内天冬氨酸合成，改变 Th17 细胞周期，从而抑制其增殖功能，补充天冬氨酸可缓解这一现象。同样，抑制电子复合物 I 会影响初始 CD4? T 细胞向 Treg 细胞的分化，但不影响分化后 Treg 细胞中 FoxP3 的表达。此外，鱼藤酮还通过影响 Notch1 和 RORγt 的细胞分布，抑制 Th17 和 Treg 细胞的体外分化。然而，最新研究表明，使用鱼藤酮抑制线粒体代谢会促进 Th17 细胞分化，这可能与细胞内乳酸水平升高有关，说明电子复合物 I 在细胞周期的不同阶段发挥不同功能。此外，影响 ND1（复合物 I 核心亚基）的表达可阻止电子复合物 I 的组装，降低电子复合物 IV 的稳定性，从而影响线粒体功能。抗生素利奈唑胺通过抑制 Th17 细胞中 ND1 和细胞色素 C 氧化酶 I（COX1）的表达，降低 IL-17 的表达。在小鼠线粒体 ND6 基因突变（MT-ND6P25L）和线粒体 mtDNA CO1 突变（CO1V421A）的模型实验中，ND6 突变小鼠的 NADH/NAD 比例增加，ATP 生成正常，但抑制了 Treg 细胞的抗炎功能；CO1 突变小鼠的 NADH/NAD 比例不变，ATP 生成略有减少，但对 Treg 细胞的抑制功能无影响，且这两种基因缺失模型均不影响 Treg 细胞的发育。总之，调节细胞质和线粒体之间 NADH 和 NAD 的转运以及电子复合物 I 的完整性，均可影响 CD4? T 细胞的功能。

线粒体复合物 II，又称琥珀酸 - 辅酶 Q 还原酶或琥珀酸脱氢酶（SDH），催化琥珀酸转化为延胡索酸并生成 FADH?，FADH?上的电子通过琥珀酸脱氢酶分子中的铁硫簇转移至 CoQ，进入呼吸链。SDH 由四个亚基 SDHA、SDHB、SDHC 和 SDHD 组成，抑制 SDH 可导致胸腺萎缩，严重影响小鼠生存。为测试 TCA 循环对 T 细胞适应性的贡献，用 SDH 抑制剂 ATpenin A5（A5）、SDH 假定抑制剂衣康酸（ITA）及其类似物二甲基衣康酸二甲酯（DI）和 4 - 辛基衣康酸（4OI）处理持续激活的 T 细胞，结果显示，48 小时后，高浓度的 A5、DI 和 4OI 显著抑制 T 细胞增殖，降低线粒体膜电位，而 ITA 对 T 细胞增殖和膜电位影响较小；A5 可抑制激活状态期间和之后 CD4? T 细胞细胞因子（如 IL-17A 和 IFN-γ）的表达，而 ITA 及其衍生物以不同方式调节 CD4? T 细胞细胞因子的产生。在这四种抑制剂中，只有 A5 能抑制 SDH 活性，ITA 对 CD4? T 细胞无明显影响。一些研究表明，DI 和 4OI 可能通过激活 NRF2/KEAP1 途径降低炎症因子表达，而非抑制 SDH。在异基因造血干细胞移植（HCT）诱导的移植物抗宿主病（GVHD）小鼠模型中，肠道上皮细胞（IEC）中琥珀酸含量显著增加，SDHA 活性和线粒体膜电位降低，但 SDHB、SDHC 和 SDHD 的活性不受影响。与致敏的同基因 T 细胞相比，同种异体致敏 T 细胞与原代结肠上皮细胞（PCECs）共培养可促进 PCECs 凋亡，显著抑制 PCECs 中 SDHA 的表达，异体 T 细胞抑制 IEC 的 SDHA 活性引发炎症的机制有待进一步探索。Th17 细胞对复合物 II 抑制也敏感，复合物 II 抑制剂丙二酸二甲酯（DMM）可抑制 Th17 细胞中 IL-17 的表达以及 Th1 细胞中 IFNγ 的产生，但对 Th1 细胞增殖无显著影响。另外三种复合物 II 抑制剂 3 - 硝基丙酸（3NP）、噻吩甲酰三氟丙酮（TTFA）和 ATpenin-A5 也可抑制 Th1 细胞中 IFNγ 的产生。在 R26rtTA-TRECre SDHc 小鼠模型（一种可通过强力霉素诱导在特定时间沉默靶基因的模型）中，在 Th1 条件下用强力霉素处理小鼠 10 天，处理后第 5 天，SDHc 条件性缺失抑制了 CD4? T 细胞中 IFNγ 的表达，显著增加 Th1 细胞增殖，表明 SDHc 介导的效应功能与增殖无关。抑制 SDH 导致的琥珀酸积累可促进 T 细胞细胞因子（包括 IL-2、IL-6、IL-10、IL-4、IL-5、IL-13 和 IFN-γ）的分泌，从而增强 T 细胞的效应功能。此外，在衰老个体中，STAT3 定位于 T 细胞线粒体，通过增强 SDH 活性促进 TNF-α 和 IL-17A 的分泌。对小鼠 CD4? T 细胞中 SDHB 特异性敲除（SDHB cKO）的研究表明，CD4? T 细胞在体内存在明显的抗原特异性增殖缺陷，可缓解实验性自身免疫性脑脊髓炎（EAE）的致病过程。SDHB 缺陷会导致激活的 T 细胞中糖酵解、磷酸戊糖途径以及谷氨酰胺氧化活性降低，但对脂肪酸氧化影响较小。SDHB 和 SDHD 缺失会通过降低细胞内天冬氨酸水平减少总 DNA/RNA 含量，从而抑制细胞增殖，补充胸苷、胞苷和尿苷可部分缓解这一现象，表明 SDH 通过影响核苷酸合成影响 T 细胞增殖功能。与初始 CD4? T 细胞相比，激活的 SDHB cKO T 细胞增加细胞内琥珀酸 /α- 酮戊二酸（α-KG）比例，表达更多促炎因子，但该途径似乎与核苷酸合成介导的细胞增殖无关。考虑到 SDHB cKO 小鼠的 CD4? T 细胞中 SDHB 缺失始于胚胎期，显著抑制细胞增殖和分化，为排除这一影响，使用 CreERT2-SDHB 小鼠模型（一种他莫昔芬诱导的时间特异性敲除靶基因的模型）在 CD4? T 细胞分化过程中急性敲低 SDHB，可促进 Th1 和 Th17 细胞产生，向野生型 CD4? T 细胞中补充细胞可渗透的琥珀酸也有相同效果。总之，急性缺失 SDHB 通过增加琥珀酸 /α-KG 比例促进促炎因子表达，增强 Th1 和 Th17 细胞体外分化，该过程可能通过 H3K4me3 依赖的机制促进 Prdm1 表达来实现。综上所述，敲低编码琥珀酸脱氢酶不同亚型的基因以及使用不同的复合物 II 抑制剂对 CD4? T 细胞似乎有不同影响，在不同条件下敲低琥珀酸脱氢酶也有相反效果，因此需要更多自身免疫性疾病模型来验证 SDH 和复合物 II 抑制剂对 CD4? T 细胞的影响。

复合物 III 是线粒体超氧化物产生的位点之一，可将超氧化物释放到线粒体基质和膜间隙。T 细胞激活需要活性氧（ROS），刺激 T 细胞表面的 CD3 可促进外源钙通过 CRAC 通道进入细胞并进入线粒体，从而增加线粒体膜电位，进而增加线粒体 ROS（mROS）的产生。线粒体氧化磷酸化解偶联剂 FCCP（可降低膜电位）和抗氧化剂 Mito - 维生素 E（MVE）可抑制 T 细胞激活。复合物 III 抑制剂抗霉素 A（AA）显著降低 Treg 细胞的抗炎功能，这一效果与人类 RISP 基因缺失后观察到的 Treg 细胞功能障碍相当。 Rieske 铁硫蛋白（RISP）是复合物 III 的必需亚基，由 Uqcsrf1 基因编码，CD4? T 细胞中 RISP 缺失（Uqcrfs1?? T 细胞）会降低 mROS 产生，抑制活化 T 细胞核因子 1（NFAT1）向细胞核的转位，减少炎症因子表达，从而抑制体内外抗原特异性 CD4? T 细胞的增殖。Treg 细胞中 RISP 缺失（FoxP3YFP-Cre）会导致小鼠胸腺萎缩、四肢和器官出现明显炎症反应并在短时间内死亡，同时以非 FoxP3 介导的方式抑制 Treg 细胞中抗炎基因的表达，伴随 DNA 高甲基化，但不影响脾脏和淋巴结中 Treg 细胞的存活。此外，RISP 和 Uqcrq（编码复合物 III 亚基 VII 的基因）缺失会导致 Treg 细胞中琥珀酸含量增加。考虑到复合物 II 缺失也会导致细胞内琥珀酸积累并促进效应 T 细胞分化，且高浓度琥珀酸促进组蛋白和 DNA 甲基化，推测复合物 III 可能通过部分调节复合物 II 的功能影响 T 细胞增殖和分化，但还需要更多实验来验证复合物 III 对琥珀酸介导的 Th17/Treg 平衡的影响。

细胞色素 C 氧化酶（COX，复合物 IV）催化呼吸链的最后一步，将电子从细胞色素 C 转移到分子氧。线粒体 DNA（mtDNA）编码的三个最大亚基 Cox1p、Cox2p 和 Cox3p 构成 COX 的催化核心。COX10 影响 COX1 的稳定性，COX10 缺失会抑制 COX1 的表达，阻止 COX 的组装，从而影响呼吸链的完整性。此外，复合物 I 和复合物 IV 相互作用，COX10 缺失会降低复合物 I 的活性，抑制 ND1（复合物 I 核心亚基）的表达也会降低复合物 IV 的稳定性。Wnt 信号通路在线粒体呼吸中起作用，Wnt1 和 Wnt3a 通过抑制 COXVIc、COXVIIa 和 COXVIIc 的表达抑制 COX 活性，损害线粒体呼吸，同时 Wnt 通过诱导丙酮酸羧化酶（PC）增加糖酵解活性，这种线粒体抑制和糖酵解转换由 β - 连环蛋白 / T 细胞因子 4 / 蜗牛途径介导。在哮喘炎症组织中，Notch4 通过激活 Hippo 和 wingless/integrated（Wnt）（β - 连环蛋白）途径，促进肺 Treg 细胞向 Th2 和 Th17 细胞转化，加剧炎症。β - 连环蛋白（Wnt）在结肠炎中高表达，Treg 细胞中高表达的 β - 连环蛋白通过与 TCF - 1 结合破坏 TCF - 1 - Foxp3 介导的抗炎作用，增加 Treg 细胞中促炎表型 RORγt?的产生。此外，糖酵解和 OXPHOS 对 Wnt 途径介导的 T 细胞功能的影响还需进一步研究。初始 T 细胞在刺激、增殖和分化阶段需要 COX10，CD4? T 细胞激活过程中 COX 活性升高，但不影响 COX 的产生。复合物 IV 抑制剂 KCN 可抑制激活的 CD4? T 细胞的增殖。T 细胞中 COX10 缺失（TCox10??）会抑制 OXPHOS，减少 Th1、Th2 和 Th17 细胞的体外极化，但对 Treg 细胞的体外分化无显著影响。然而，TCox10??小鼠中 Treg 细胞的含量低于野生型小鼠，这可能与 Treg 细胞在不同发育阶段对能量代谢的需求不同有关。

研究表明，在葡萄糖存在的情况下抑制体外 OXPHOS，CD4? T 细胞可上调糖酵解以维持细胞因子产生和增殖功能。与体外分化的 Th17 细胞相比，体内分化的 Th17 细胞对 OXPHOS 更敏感，用寡霉素（一种复合物 V 抑制剂）处理体内分化的 Th17 细胞，其无法通过上调糖酵解维持细胞内 ATP 水平，导致 IL-17 产生减少，同时寡霉素还可缓解 TNBS 诱导的小鼠结肠炎（IL-17 依赖）<相反，在 th17 条件下激活的 cd4? t 细胞可通过 oxphos 诱导的 batf 表达维持 th17 细胞分化，而寡霉素抑制 il-17a 表达并促进 foxp3? cd4? t 细胞的产生。总之，th17 细胞可根据分化的不同阶段调节代谢途径。tcr 激活后，初始 cd4? t 细胞从 tca 循环、fao 和 oxphos 转变为糖酵解和谷氨酰胺分解，以产生能量和各种生物中间体，这一过程称为>

线粒体丙酮酸脱氢酶（PDH）是能量代谢的关键酶，它将糖酵解最后一步产生的丙酮酸转化为乙酰辅酶 A，然后与草酰乙酸结合形成柠檬酸，进入 TCA 循环。PDH 缺陷的 T 细胞抑制 Th17 细胞分化，但对 Th1 和 Treg 细胞分化无影响，从而缓解小鼠 EAE 的发展。PDH 缺陷的 Th17 细胞葡萄糖摄取率、丙酮酸含量和谷氨酰胺摄取率显著增加，而与 TCA 循环相关的酶表达下降，损害了 Th17 细胞的有效功能。在这种情况下，Th17 细胞通过 mTOR-CD36 信号增强对外源脂肪酸的摄取来维持生存和增殖。IL-6 经典信号通过 PDK1/STAT3/PDHA 将葡萄糖通量导向 OXPHOS，促进 Treg 细胞分化，发挥抗炎功能；而 IL-6 转信号通过 SIRT2/STAT3/LDHA 轴将葡萄糖通量导向无氧糖酵解，促进 Th17 细胞分化，发挥促炎功能。

5. Th17 和 Treg 细胞中的氨基酸代谢

L - 色氨酸（Trp）是哺乳动物的必需氨基酸，自身无法合成，必须通过饮食获取。Trp 经多种酶氧化形成乙酰乙酰辅酶 A，随后通过 β- 氧化途径转化为乙酰辅酶 A，进入 TCA 循环为机体提供能量。此外，色氨酸衍生物是许多重要分子生物合成的前体，如作为 NAD?和 NADH 前体的烟酸，在免疫细胞代谢中发挥重要作用。

色氨酸 2,3 - 双加氧酶、吲哚胺 2,3 - 双加氧酶（IDO）和吲哚胺 2,3 - 双加氧酶 - 2（IDO2）是 Trp 分解代谢的起始和限速酶，可将 Trp 分解为 N - 甲酰犬尿氨酸（Kyn）。与分布于真核生物和细菌中的 TDO 不同，IDO1 仅分布于哺乳动物和酵母中，而 IDO2 最近在人类和小鼠中也被发现。IDO 影响 CD4? T 细胞的代谢，早期研究表明，体内某些抗原呈递细胞可通过 IDO 诱导的色氨酸消耗抑制 T 细胞激活。色氨酸缺乏会阻止 T 细胞进入 S 期，影响细胞增殖，导致 T 细胞凋亡，但可通过促进 Treg 细胞增殖增强抗炎反应。IDO 通过改变代谢途径影响 CD4? T 细胞的功能，在常用培养基中进行的双向混合淋巴细胞反应（MLRs）中，当细胞培养中不添加油酸时，IDO 通过上调肿瘤抑制蛋白（p53）和下调 c-Myc，抑制葡萄糖转运蛋白 1（GLUT1）、磷酸果糖激酶 1（PFK1）以及乳酸脱氢酶（LDH-A）的表达，减少有氧糖酵解，最终降低乳酸产生。此外，IDO 还抑制谷氨酰胺分解，导致 T 细胞中谷氨酸和 α- 酮戊二酸减少，进而抑制脂质合成和线粒体代谢，最终影响 T 细胞增殖。

鉴于有氧糖酵解和从头脂肪酸合成促进 CD4? T 细胞向 Th17 细胞分化，而 Treg 细胞分化依赖于 FAO，推测 IDO 通过 FAO 途径对 Treg 细胞分化具有调节作用。在 MLRs 中，当细胞培养中添加油酸时，IDO 通过降解色氨酸增强 CD4? T 细胞中 CPT1 活性和脂肪酸氧化，促进 FoxP3 表达，抑制 RORγt 表达，进一步促进 Treg 细胞分化，且 IDO 不会诱导细胞凋亡或抑制增殖。在此基础上，研究团队进一步研究发现，在油酸存在的情况下，IDO 通过激活一般控制非阻遏 2 激酶（GCN2K）减少糖酵解和谷氨酰胺分解，同时通过激活芳烃受体（AHR）增加 CPT1 表达，增加游离脂肪酸氧化，从而促进 CD4? T 细胞的存活和增殖。另一方面，丝裂原活化蛋白激酶激酶激酶激酶 3（MAP4K3）是一种受氨基酸充足性调节的蛋白激酶，是 mTORC1 和蛋白激酶 Cθ（PKCθ）的上游因子，IDO 介导的色氨酸缺乏通过抑制 MAP4K3 调节其下游底物 PKCθ、mTORC1，进而调节 Treg 细胞的功能。Kyn 是 AHR 的激动剂，参与 T 细胞分化。早期研究表明，环境污染物四氯二苯并对二噁英（TCDD）激活 AHR 抑制免疫反应，后来发现犬尿氨酸（而非其他色氨酸代谢物）可直接激活 AHR，促进 CD4? T 细胞中 FoxP3 表达，而另一种激动剂 6 - 甲酰吲哚并 [3,2-b] 咔唑（FICZ）与 AHR 结合促进 Th17 细胞生成，表明 AHR 在不同环境中对 CD4? T 细胞分化发挥不同作用。

近期研究表明，丝氨酸是 T 细胞增殖的内在调节因子，可直接调节适应性免疫，在体外和体内对 T 细胞增殖都至关重要。众所周知，一碳单位是嘌呤和嘧啶合成的必需原料，在核酸生物合成中起关键作用。一碳单位代谢将氨基酸代谢与核苷酸和一些重要物质的生物合成联系起来。糖酵解的中间产物葡萄糖 3 - 磷酸通过丝氨酸生物合成途径（SBP）生成丝氨酸和甘氨酸，作为脂质和核苷酸生物合成的前体。此外，丝氨酸通过将四氢叶酸（THF）转化为亚甲基 - THF 参与一碳单位代谢。代谢示踪分析表明，CD4? T 细胞激活时利用一碳代谢，证实丝氨酸是一碳单位的关键碳供体。细胞激活诱导线粒体增殖和蛋白质组重塑，进而导致一碳单位代谢酶富集，表明一碳单位代谢增强。此外，敲低线粒体丝氨酸羟甲基转移酶（SHMT2）会显著增加 T 细胞中的 DNA 损伤，证实线粒体丝氨酸代谢控制 T 细胞激活后的存活，遗传抑制 SHMT2 会损害 T 细胞在体外和体内的存活。稳定同位素示踪分析（SITA）显示，Teff 细胞中的大部分丝氨酸来自细胞外。此外，亮氨酸通过转运蛋白 Slc7a5 的定向转运控制 mTORC1 活性，从而促进初始 T 细胞向 Th17 细胞分化，在缺乏亮氨酸的情况下，初始 T 细胞更易分化为 Treg 细胞。

6. 展望

随着对 Th17 和 Tregs 与免疫代谢关系研究的深入，已明确一些代谢程序与 Th17 和 Tregs 的发育、分化和功能密切相关。这些代谢途径的异常会导致免疫细胞损伤，进而引发各种自身免疫性疾病的发生和发展。然而，Th17 和 Tregs 的代谢特征更为复杂，且各种代谢程序之间存在密切关联。

进一步研究免疫代谢涉及的途径，有望为自身免疫性疾病和慢性炎症性疾病的发病机制和治疗带来新的见解。例如，特定的 Th17/Treg 代谢调节剂，如 PPARα 激动剂，可能是有效的治疗靶点，为治疗炎症性和肿瘤性疾病提供新方法。此外，开发针对 Th17 和 / 或 Treg 细胞、影响细胞内葡萄糖和脂质代谢的抑制剂，将是治疗肥胖相关疾病的前沿方法。