TMEM41B：维持初始 T 细胞稳态与免疫应答的内质网 Ca2+释放通道新发现

为探究内质网（ER）稳态 Ca2+释放通道及初始 T 细胞代谢静息调控机制，研究发现 TMEM41B 是 ER Ca2+释放通道，揭示其在初始 T 细胞中的关键作用。

　　在细胞的微观世界里，钙离子（Ca²⁺）如同一位神秘的指挥官，掌控着众多重要的生理过程。内质网（ER）作为细胞内 Ca²⁺的主要储存库，其 Ca²⁺水平的平衡至关重要。一旦失衡，就像军队失去了指挥，会引发一系列问题，与许多疾病的发生发展紧密相关。在静息细胞中，ER 中的 Ca²⁺浓度维持在毫摩尔（mM）级别，而细胞质中的 Ca²⁺浓度仅为纳摩尔（nM）级别。这种浓度差的维持，依赖于 SERCA 家族 ATP 酶不断将 Ca²⁺从细胞质泵入内质网，同时也需要 ER 通过主动或被动的方式释放 Ca²⁺来维持平衡。其中，主动释放通常由外部刺激触发，比如在激活的 T 细胞中，T 细胞受体（TCR）信号会引发 IP3R 通道介导的 ER Ca²⁺快速释放。然而，ER 在稳态下被动释放 Ca²⁺的具体通道，长期以来一直是细胞生物学领域的未解之谜。

初始 T 细胞的稳态对于免疫系统的正常运作和维持免疫耐受至关重要。这些细胞在胸腺成熟后，会在外周处于静息状态，直到遇到特定抗原才会被激活。尽管目前对激活 T 细胞的代谢重编程已有较多了解，但对于静息状态下初始 T 细胞代谢静息的调控机制，却知之甚少。

TMEM41B 是一种位于内质网上的膜蛋白，此前研究发现它在自噬、脂质代谢以及病毒感染等过程中发挥着重要作用，然而其具体的生化特性和生理功能仍未完全明确。

为了揭开这些谜团，来自清华大学、中国科学院上海药物研究所等机构的研究人员展开了深入研究。他们的研究成果发表在《Cell Discovery》杂志上，为我们理解细胞内 Ca²⁺调控和初始 T 细胞的生物学特性带来了新的曙光。

研究人员运用了多种关键技术方法。通过 CRISPR 筛选技术，在全基因组范围内寻找 ER Ca²⁺的调节因子，为后续研究指明方向。利用单通道电生理技术，对纯化的重组 TMEM41B 进行检测，直接观察其离子通道活性。借助细胞代谢检测技术，如测量氧消耗率（OCR）和细胞外酸化率（ECAR），评估细胞的代谢活性。此外，还运用基因表达分析技术，包括单细胞 RNA 测序（scRNA-seq）和定量 PCR（qPCR）分析等，深入探究基因表达的变化。

研究结果如下：

1. TMEM41B 调控 ER Ca²⁺水平：研究人员通过 CRISPR 筛选发现 TMEM41B 与 ER Ca²⁺稳态相关。在标准的储存操作型 Ca²⁺进入（SOCE）实验中，敲除 TMEM41B 的 HEK293T 细胞出现 ER Ca²⁺水平升高和 SOCE 减弱的现象，而过表达 TMEM41B 则导致 ER Ca²⁺几乎完全耗尽。在 T 细胞特异性 Tmem41b 基因敲除小鼠实验中也得到了类似结果，这表明 TMEM41B 对于 ER Ca²⁺的释放至关重要。
2. TMEM41B 介导 Ca²⁺跨膜运输：为了研究 TMEM41B 是否能介导 Ca²⁺跨膜运输，研究人员将其重定向到质膜。实验结果显示，与野生型相比，突变型 TMEM41B-K4A 在质膜上有明显定位，并且能诱导浓度依赖性的 Ca²⁺内流，这说明 TMEM41B 能够介导 Ca²⁺跨膜运输，可能自身就是一种 Ca²⁺通道，或者协助其他 Ca²⁺通道发挥作用。
3. TMEM41B 形成 Ca²⁺可渗透通道：单通道电生理实验表明，纯化的重组 TMEM41B 能形成阳离子选择性通道，对 Ca²⁺具有通透性。通过对关键氨基酸残基的突变研究发现，D91/93/94 位点对于 TMEM41B 通道的 Ca²⁺通透性和活性调节至关重要，而且 Ca²⁺浓度能够调节该通道的活性。
4. TMEM41B 维持初始 T 细胞代谢静息：Tmem41b 基因敲除小鼠实验显示，虽然该基因缺失对 T 细胞在胸腺的发育影响不大，但会导致初始 T 细胞代谢活性增强，细胞增大。scRNA-seq 分析发现，TMEM41B 缺陷的初始 T 细胞在转录水平上呈现出代谢激活的特征，同时维持免疫未激活状态，这表明 TMEM41B 在维持初始 T 细胞代谢静息方面发挥着关键作用。
5. TMEM41B 抑制初始 T 细胞中 IL-2 和 IL-7 信号传导：研究人员发现，TMEM41B 缺陷的初始 T 细胞中 IL-2 受体和 IL-7 受体表达上调，下游的 JAK-STAT、AKT-mTOR 和 MAPK 通路信号增强。通过拯救实验表明，这些变化与 ER Ca²⁺失调有关，说明 TMEM41B 通过其 Ca²⁺通道活性抑制 IL-2 和 IL-7 信号传导。
6. TMEM41B 部分通过 CD5 抑制 T 细胞反应性：分析 scRNA-seq 数据发现，TCR 信号的负调节因子 CD5 在 TMEM41B 缺陷的初始 T 细胞中表达下调。功能实验证实，CD5 表达下调会使 TMEM41B 缺陷的 T 细胞对抗原刺激的反应性增强，而野生型 TMEM41B 的重新表达能够恢复 CD5 的表达并减弱这种过度反应。
7. TMEM41B 缺陷的 T 细胞对感染的反应增强：在体内实验中，TMEM41B 缺陷的 T 细胞在稳态下更易进入细胞周期，对 αCD3 诱导的 T 细胞删除具有抗性。在病毒和细菌感染模型中，TMEM41B 缺陷的 CD8⁺ T 细胞对感染的反应比对照组更为强烈，这与体外实验中其代谢活跃和对抗原刺激反应性增强的结果一致。

研究结论和讨论部分指出，TMEM41B 是一种浓度依赖性的 ER Ca²⁺释放通道，它的发现填补了细胞生物学领域关于稳态下 ER Ca²⁺释放通道的空白。ER Ca²⁺过载会使 TMEM41B 缺陷的 T 细胞进入代谢激活但免疫未激活的状态，这揭示了 ER Ca²⁺在维持初始 T 细胞代谢静息和免疫应答方面此前未被认识到的关键作用。此外，TMEM41B 可能与其他具有类似功能的蛋白构成一个新的跨膜蛋白家族，其在病毒感染中的作用也值得进一步研究。同时，该研究还发现 ER Ca²⁺水平能够调节初始 T 细胞上关键受体的表达，这为理解 T 细胞的免疫调节机制提供了新的视角。靶向 TMEM41B 或 ER Ca²⁺可能成为增强 T 细胞在感染过程中免疫反应的新策略，也为治疗与 ER Ca²⁺失调相关的疾病，如神经退行性疾病、非酒精性脂肪肝病等，提供了潜在的治疗靶点，具有重要的理论意义和临床应用前景。