作者团队发现，缺乏CD4+T细胞能保护小鼠免受应激诱导的焦虑样行为，物理应激诱导的白三烯B4(LTB4)触发CD4+T细胞中的严重线粒体裂变，进而导致各种行为异常，包括焦虑，抑郁和社交障碍。代谢组和单细胞转录组学显示，CD4+T细胞衍生的黄嘌呤通过腺苷受体A1作用于左侧杏仁核的少突胶质细胞。线粒体裂变通过CD4+T细胞中干扰素调节因子1(IRF-1)的积累促进嘌呤从头合成。
一只很焦虑的小鼠
CD4+T细胞应激诱导的焦虑行为
通过野生型(WT)或重组激活基因1Rag1-/-小鼠暴露于电子足部电击(ES)诱导了焦虑小鼠模型。免疫缺陷的Rag1-/-小鼠在开放场试验(OFT)中对探索中心区域和运动的兴趣并没有降低，只有去除CD4+T细胞才能显著逆转焦虑样行为。此外，慢性ES诱导的焦虑样行为也需要CD4+T细胞。而CD4+T细胞缺乏也会阻止经急性束缚应激(RS)处理的小鼠发展为焦虑症，这表明CD4+T细胞对物理应激诱导的焦虑样行为具有广泛的影响。将ES诱导的小鼠的脾CD4+T细胞过继转移到Rag1-/-小鼠中，在OFT中出现焦虑样行为，且幼稚CD4+T细胞引起的焦虑更为严重。
图1.CD4+T细胞在应激诱导的焦虑样行为中起重要作用
应激诱导外周CD4+T细胞线粒体裂变
RNA转录组测序发现，ES诱导的CD4+T细胞中的大量特异性差异表达基因(DEG)编码线粒体蛋白。另外，用ES和RS处理的幼稚CD4+T细胞均表现出糖酵解和氧化磷酸化(OXPHOS)水平显著降低的现象。经ES处理的幼稚CD4+T细胞主要表现为点状线粒体，介导线粒体融合的外膜蛋白(包括MFN2和MIGA2)显着减少。总之，在压力下的CD4+T细胞表现出异常的线粒体形态和代谢功能障碍。此外，应激诱导的LTB4触发小鼠外周CD4+T细胞的线粒体裂变和焦虑发作，但潜在机制仍有待进一步研究。
图2.应激导致CD4+T细胞代谢紊乱和线粒体裂变
在Mitoguardin2KO(Miga2-/-)小鼠中，幼稚CD4+T细胞中观察到了高度破碎的线粒体，分散在Miga2-/-小鼠幼稚CD4+T细胞的细胞质中，且行为学实验表明这些小鼠患有严重的抑郁症，而去除CD4+T细胞使连续线粒体分裂引起的焦虑症状治愈。通过将Miga2缺失的幼稚CD4+T细胞过继转移到受体Rag1-/-小鼠进一步证实了这些细胞在焦虑中的重要作用。Miga2T细胞条件性敲除(Miga2TKO)小鼠以及Mfn1和Mfn2T细胞条件性双KO(Mfn1/2TKO)小鼠实验表明，是线粒体形态破坏促进了焦虑行为，而不是CD4+T细胞中某些特定功能的线粒体蛋白。
图3.CD4+T细胞中的线粒体持续分裂诱导焦虑样行为
T细胞连续线粒体裂变致嘌呤代谢紊乱
Miga2TKO小鼠的代谢组学特征与野生同窝小鼠不同，且大多数嘌呤及其衍生物（包括腺嘌呤，次黄嘌呤和黄嘌呤）的含量也高出10-倍。移除CD4+T细胞后，Miga2TKO小鼠的血清黄嘌呤浓度显着降低。在焦虑症患者以及两个啮齿动物焦虑模型和ESCD4+T细胞过继转移的受体Rag1-/-小鼠中，血清黄嘌呤的丰度也增加了。另外，幼稚CD4+T细胞产生的黄嘌呤水平高于效应T细胞。通过将合成的黄嘌呤或腺苷注射到WT小鼠中，发现黄嘌呤、腺嘌呤和腺嘌呤阿拉伯糖苷单***(Ara-AMP)都具有触发焦虑样行为的能力。BCX-(购于MedChemExpress)作为嘌呤核苷磷酸化酶(PNP)抑制剂，显着降低了Miga2TKO和ES小鼠的焦虑症状和其血清中黄嘌呤浓度。总之，由病理性CD4+T细胞引起的过量黄嘌呤在焦虑发作中起关键作用。
图4.CD4+T细胞中的线粒体裂变导致血清嘌呤的系统性增加
黄嘌呤作用于左侧杏仁核少突胶质细胞
通过对Miga2TKO小鼠的组织学分析显示，Miga2TKO小鼠的左杏仁核明显更大，并且显示出更高数量的非神经元细胞。单细胞RNA测序发现，腺嘌呤和黄嘌呤通过四种受体亚型(A1,A2A,A2B,A3)启动生理功能。由于神经元上腺苷受体的缺陷，作者团队分析了WT，Miga2-/-和经anti-CD4(αCD4)处理的Miga2-/-小鼠的杏仁核中每个非神经元细胞的转录组，结果表明黄嘌呤直接触发少突胶质细胞的增殖。特异性地敲降左杏仁核少突胶质细胞的A1受体，Miga2-/-小鼠焦虑样症状消失。总之，由Miga2-/-T细胞引起的过量黄嘌呤通过左杏仁核中的A1受体作用于少突胶质细胞，并促进焦虑样行为。
图5.CD4+T细胞衍生的黄嘌呤通过AdorA1作用于杏仁核的少突胶质细胞
线粒体裂变促进黄嘌呤在CD4+T细胞中从头合成
Miga2TKO以及Mfn1/2TKO小鼠的CD4+T细胞的OXPHOS和糖酵解活性显着降低。Miga2缺陷的幼稚CD4+T细胞的糖酵解水平较低，但产生更多的M+5核糖5-p(R-5-P)，CAIR，腺苷和肌苷，表明当线粒体形态从融合转变为裂变时，葡萄糖流向戊糖磷酸途径(PPP)进行从头嘌呤合成。2-脱氧-D-葡萄糖(2-DG)可以使Miga2TKO小鼠的左杏仁核的焦虑样症状和病理特征正常化。Miga2-/-CD4+T细胞转录组分析显示，几种与糖酵解和脂肪酸β-氧化途径相关的关键酶的表达降低，而嘌呤合成所需的分子增加，例如例如己糖激酶3(Hk3)，腺苷脱氨酶(Ada)，嘌呤核苷磷酸化酶2(Pnp2)和黄嘌呤氧化酶/黄嘌呤脱氢酶(Xdh)。此外，这些基因的mRNA和蛋白质水平升高，与相关代谢产物的积累相一致。PNP2也起调节嘌呤代谢途径和黄嘌呤产生的酶的作用。在体外，Pnp2缺乏使Miga2-/-T细胞的黄嘌呤过度生产正常化，过继转移到Rag1-/-小鼠后，Pnp2-/-Miga2-/-CD4+T细胞没有Miga2-/-CD4+T细胞诱导的焦虑症状强烈。因此，CD4+T细胞衍生的过量黄嘌呤直接引起焦虑样行为。
图6.CD4T细胞中线粒体裂变促进嘌呤从头合成途径
线粒体裂变通过促进IRF-1积累，导致黄嘌呤过量
干扰素调节因子-1(IRF-1)是一种转录因子，参与各种细胞过程，包括细胞增殖，分化，凋亡和免疫调节。ES引起IRF-1在CD4+T细胞中的严重积累，Miga2的缺乏也引发了CD4+T细胞中IRF-1大量聚集，且在Ada、Pnp2和Xdh的TSSs的某些结合位点显著富集。IRF-1缺乏使Miga2缺乏的CD4+T细胞中Ada和Xdh的mRNA和蛋白质水平均正常化，且使Miga2TKO小鼠焦虑样表型得到很大程度恢复。综上，CD4+T细胞中的IRF-1在线粒体裂变介导的嘌呤合成和焦虑症状中起着至关重要的作用。
图7.积累的IRF-1控制CD4+T细胞中的嘌呤合成和焦虑样行为
原文：FanKQ,etal.Cell.Oct31;(4):-.e19.
小M的思考：
本文表明外周CD4+T细胞是压力诱导的情绪障碍的关键介质。相信这项发现对各种精神性疾病和代谢性疾病药物的研发具有深远的意义。
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