本周的文献选自细胞，称为“外周CD4+T细胞的应激诱导代谢紊乱导致焦虑样行为”。通过模拟小鼠的应激环境，我们进一步分析了T细胞的变化以及线粒体相关代谢途径的作用。
CD4+T细胞是应激诱导焦虑行为的重要组成部分。为了研究适应性免疫系统在应激诱导行为改变中的作用，作者将野生型（WT）或重组激活基因1（RAG1）-/-小鼠连续8天暴露于电子足部电击（ES）中，以诱导焦虑模型（图1A）。与野生型小鼠相比，免疫缺陷RAG1-/-小鼠对探索中枢区域和户外运动试验（OFT）的兴趣没有降低（图1b），表明适应性免疫对于焦虑发作是必要的。与未治疗（NT）对照组相比，急性es暴露小鼠外周血CD4+和CD8+淋巴细胞的频率和数量显著增加（图S1A和S1b）。为了研究ES诱导的心境障碍涉及哪些淋巴细胞亚群，作者在诱导ES模型之前通过静脉注射消除了CD4+或CD8+T细胞（图1a），并通过FACS验证了去除效率。结果表明，在ES诱导的oft和高迷宫（EPM）试验中，只有CD4+T细胞的缺失才能显著逆转焦虑样行为（图1c-d）。为了进一步证实CD4+T细胞在CS中的作用，作者将ES模型的程序延长到30天。如图S1D所示，慢性es诱发的焦虑样行为也需要CD4+T细胞。与ES模型相比，急性约束应激（RS）模型降低了CD4+T细胞的频率（图S1E），这与焦虑症患者的观察结果一致（图s1f）。然而，缺乏CD4+T细胞仍然阻止RS处理的小鼠产生焦虑（图1E），这表明CD4+T细胞对身体应激诱导的焦虑样行为有广泛的影响。为了评估T细胞是否保留焦虑印记，将nt或ES诱导的脾脏CD4+或CD8+T细胞过继转移到RAG1-/-小鼠（图1F）。只有带有ES诱导的CD4+T细胞的RAG1-/-小鼠在oft中表现出焦虑样行为（图1g）。令人惊讶的是，NT CD4+T细胞诱导了微弱的焦虑样症状，这表明来自CD4+T细胞的一些天然产物具有调节身体反应的能力（图1g）。T细胞衍生的IFN-γ也被证明参与调节神经元连接和社会行为。未经额外刺激的ES小鼠脾脏中CD4+T细胞的IFN-γ表达显著低于NT小鼠（图S1G）。然而，由于总细胞数的增加，血清IFN-γ与NT小鼠相比没有差异（图S1H）。为了阐明焦虑症中的病理性CD4+T细胞是否依赖于它们的激活来发挥其功能，作者比较了原始CD4+T细胞和效应CD4+T细胞通过过继转移到RAG1-/-小鼠诱导焦虑症状的能力。除了纯CD4+T细胞外，作者还添加了两个效应器组，包括效应器l组（来自同一小鼠）和效应器H组（相同数量的细胞）。虽然转移性幼稚和效应CD4+T细胞显示出相似的激活特征（图S1i），但幼稚CD4+T细胞引起的焦虑比两个效应对照组更严重（图1H）。因此，这些数据表明，CD4+T细胞在应激诱导的焦虑中起着重要作用，与它们的激活状态无关。
图1
图1
补充图1
应激诱导周围CD4+T细胞线粒体裂变
为了检验CD4+和CD8+T细胞影响焦虑的不同能力，研究人员通过RNA测序(RNA-seq)分析了naïve ES诱导的CD4+和CD8+T细胞的转录组。虽然ES CD4+T细胞中的大部分基因与其他三组相似(图2A和表S1)，但ES诱导的CD4+T细胞中鉴定出128个特异性差异表达基因(DEGs)(图2B和2C)。基因本体论(GO)分析显示，这些DEGs中有大量编码线粒体蛋白(图2D)。此外，通过细胞外酸化率(ECAR)和氧消耗率(OCR)分别检测，ES和rs处理后的初代CD4+ T细胞糖酵解水平和氧化磷酸化水平(OXPHOS)均严重降低(图2E-F)。这些数据表明，应激影响线粒体的结构，从而深刻影响线粒体的生物发生和功能。共聚焦显微镜图像显示，ES处理过的幼稚CD4+T细胞主要表现为点状线粒体(图2G)。免疫印迹(IB)进一步显示，ES处理后的naive CD4+T细胞中，介导线粒体融合的外膜蛋白，包括MFN2和MIGA2显著减少(图2H)。综上所述，这些数据表明CD4+T细胞在应激下表现出异常的线粒体形态和代谢功能障碍。
各种神经递质和激素，包括多巴胺、皮质醇、GABA、肾上腺素、l -谷氨酸和血清素已被证明与焦虑的发作有关。一些研究结果表明，抑郁的动物大脑中omega-6脂肪酸和花生四烯酸(AA)的含量增加。在所有AA代谢产物中，应激诱导的LTB4触发外周血CD4+T细胞线粒体分裂和焦虑的发生（图2I-L），但其潜在机制仍有待进一步研究。
图2
具有多种线粒体形态的CD4+T细胞引起严重的焦虑症症状
为了进一步证明T细胞的线粒体形态与焦虑行为间的关系，作者生成了Mitoguardin 2 KO（Miga2-/-）小鼠，并在幼稚的CD4+T细胞中观察到了高度破碎的线粒体（图3A）。用电子显微镜（EM）进行的超微结构分析进一步证实了许多小的，多样化的线粒体分散在Miga2-/-幼稚的CD4+ T细胞的细胞质中（图3B）。有趣的是，Miga2缺陷型小鼠的自发活动减少，并且在中心区域花费的时间比其在OFT中的野生同窝小鼠的时间少得多（图3C）。这些miga2缺陷小鼠在EPM试验中明显害怕进入开放臂(图3D)。
与ES应激模型中的数据相似，CD4+耗竭，而不是CD8+耗竭，T细胞恢复了由连续线粒体分裂引起的焦虑症状（图3E）尽管炎性小胶质细胞通过抑制多巴胺的释放而导致抑郁和焦虑，小胶质细胞不参与由Miga2缺乏引起的焦虑发作。与Miga2缺陷的原始CD4+T细胞过继转移的受体Rag1-/-小鼠进一步证实了这些细胞在焦虑中的重要作用（图3F）。整联蛋白VLA-4和CD6均在T细胞表面表达，并允许这些细胞穿透血脑屏障（BBB）。为了阐明这些“焦虑的” CD4+T细胞是否在CNS中起作用，作者用VLA-4或CD6中和抗体处理了Miga2-/-小鼠，破坏了T细胞向CNS的迁移。VLA-4和CD6抗体均未对Miga2缺陷型小鼠的焦虑症状产生任何影响。所有这些数据表明，Miag2缺乏症引起的焦虑与病理性CD4+T细胞迁移到大脑无关。
Miga2 TKO小鼠仍然表现出类似于Miga2 -/-小鼠的焦虑样行为（图3G）。此外，Miga2 TKO在连续的EPM测试中，小鼠表现出恐惧记忆正常消退（图3H），表明Miga2缺陷型CD4+T细胞对正常的学习和记忆没有影响。为了消除MIGA2蛋白在焦虑中的特定功能，作者生成了Mfn1和Mfn2 T细胞条件性双KO（Mfn1/2 T KO）小鼠。行为评估表明，与野生型同窝小鼠相比，T细胞中缺乏Mfn1/2的小鼠也表现出焦虑样行为（图3I），表明焦虑行为是由线粒体的形态障碍促进的，而不是由CD4+T细胞中某些线粒体蛋白的特定功能促进的。
图3
之后作者进一步对T细胞的线粒体中嘌呤代谢进行了进一步分析，发现病理性CD4+T细胞引起的过量黄嘌呤在焦虑的发生中起着关键作用。且之后通过对杏仁核中小胶质细胞和少突胶质细胞的研究发现黄嘌呤直接触发少突胶质细胞的增殖，Miga2-/- T细胞引起的过量黄嘌呤通过左侧杏仁核的A1受体作用于少突胶质细胞，促进焦虑样行为。
IRF-1是一种转录因子，参与多种细胞过程，包括细胞增殖、分化、凋亡和免疫调节。作者之前的研究表明，组成性线粒体分裂促进先天免疫细胞中IRF-1的积累，作者经过一系列实验发现，CD4+T细胞中的IRF-1在线粒体分裂介导的嘌呤合成和焦虑症状中起着重要作用。
本文涉及技术： 流式细胞术
本文涉及技术： 多重免疫组化
本文涉及技术： 单/多因子检测