《科学》：刷新认知！科学家首次发现，杀伤性T细胞持久的抗癌能力竟然有赖于线粒体的翻译能力，而不是线粒...
兜帽，袖剑，爬墙。中世纪刺客的形象算是跃入脑海了。
奇点糕被各个游戏中的刺客形象所深深吸引，总是不禁脑补：刺客是不是身上背着哆啦A梦，想要多少武器，飞镖匕首子弹啥的，都能给扔出来，然后就可以旋转跳跃不停歇，完成刺杀行动。
在我们的免疫系统里，杀伤性T细胞（CTL）也是刺客一般的存在，它们不仅能够高效、精准地解决入侵者，还能够保持持续、高昂的战斗状态，通过分泌穿孔素、颗粒酶B、IFN-γ、TNF-α等细胞因子来击杀入侵的病原体或受损的细胞[1,2]。
那么，又是谁保证了杀伤性T细胞的持续杀伤能力呢？
首先排除哆啦A梦的存在。
近日，一篇发表在顶级期刊《科学》上的文章提出，单个杀伤性T细胞能持续作战，竟是依赖于线粒体的翻译能力，而不是线粒体提供的能量[3]！
来自剑桥大学的Gillian M. Griffiths带领她的团队发现，线粒体翻译通过调控穿孔素、颗粒酶B、IFN-γ、TNF-α等杀伤关键因子的合成，来保证CTL的杀伤持续性。如果线粒体翻译受损，则会导致CTL的持续杀伤能力缺陷。
论文首页截图
我们都知道，细胞里的线粒体属于“带资进组”，有自己的一套遗传系统，包括线粒体基因复制、转录、翻译等，在线粒体基因和核基因的共同调控下执行功能，是细胞不可或缺的一部分。
在线粒体外膜上存在一种去泛素化酶——USP30。酶如其名，USP30能够抑制泛素化作用，防止线粒体被细胞的自噬行为“误食”[4]。而有研究发现，USP30还能够调控CTL的杀伤功能[5]。
Griffiths和她的团队便想到，目前还没有研究提出线粒体在CTL杀伤功能中扮演了什么角色。那会不会正是由于USP30的缺失，使得细胞内线粒体缺陷，才影响了CTL杀伤能力？
于是，研究者们从USP30缺失型小鼠出发，对线粒体和CTL杀伤功能之间的关系一探究竟。
他们发现，和野生型小鼠相比，虽然USP30缺失小鼠的T细胞依旧能正常分化成CTL，但在大多数（92%）CTL中，线粒体数量都有所减少、形态发生改变，主要的氧化磷酸化等功能也明显受损。
左：野生型CTL的线粒体正常；右：USP30缺失的CTL中，线粒体受损
不仅如此，USP30缺失的CTL还有持续性杀伤的缺陷。如果需要进行长时间杀伤或是CTL数量有限，杀敌就颇为吃力。
在短期杀伤实验中，当CTL与靶细胞的数量比超过25:1时，USP30缺失的CTL仅能杀死40%的靶细胞，而正常CTL却能杀死全部靶细胞。
在长期（12h）杀伤实验中，当CTL与靶细胞数量比为1:1时，USP缺失的CTL在前4个小时还能与正常CTL的杀伤能力抗衡，但随后却无法进一步杀伤靶细胞。说明USP30缺失的CTL会随着时间推移失去杀伤能力。
左：短期杀伤实验；右：长期杀伤实验
也就是说，USP30缺失并没有耽误T细胞成为一名刺客，只不过线粒体出了点儿小问题，而且削弱了CTL杀伤的持续性。
所以，线粒体的这点儿问题，是如何影响到CTL的持续杀伤能力的呢？
在大多研究中，线粒体都是以“能量工厂”的身份出现，通过能量供应和氧化损伤等来影响细胞的某些功能。出乎意料的是，在UPS30缺失引起线粒体异常的情况下，CTL的总ATP水平并没有扰动，CTL的运动、极化、信号传导和分泌等行为也没受到影响。
受损的竟是穿孔素、颗粒酶B、IFN-γ、TNF-α等杀伤关键细胞因子的翻译过程！
Griffiths和她的团队发现，USP30缺失并没有引起CTL中杀伤因子相应的mRNA水平变化，只是翻译过程存在异常。而一旦这些杀伤因子的蛋白合成受到抑制，就会削弱CTL的杀伤持续性。
令人惊讶的不止这一点。这些杀伤因子都是胞质蛋白，然而根据蛋白质组分析，USP30缺失的CTL中，胞质核糖体是完好无损的；另一方面，USP30缺失主要引起线粒体蛋白的水平下降，其中，线粒体核糖体蛋白的水平下降幅度最大。
在USP30缺失的CTL中，表达水平显著下降的蛋白质。线粒体蛋白占主要
这么来看，这些杀伤关键因子的合成可能是受线粒体翻译功能的影响。
进一步用强力霉素（doxycycline，DOX）选择性抑制正常CTL中的线粒体翻译时，果真1小时后便检测到这些杀伤因子的翻译过程被抑制，4个小时后CTL出现杀伤力减弱。
这也就意味着，是线粒体翻译保证了穿孔素、颗粒酶B、IFN-γ、TNF-α等杀伤武器及时装填，成为CTL能够持续杀敌的重要保障。
选择性抑制线粒体翻译后，CTLs杀伤关键因子的合成受抑制
至于线粒体翻译具体是如何调控这些胞质蛋白翻译过程的，研究者们发现，由于USP30缺失导致表达水平下调的蛋白质中，有68%参与细胞代谢。其中包括一些能与RNA结合的代谢酶（RBPs），这些RBPs已经被证明能够对穿孔素、颗粒酶B、TNF-α、IFN-γ等杀伤因子进行转录后调控[6,7]。
对此他们提出，当线粒体翻译受损时，这种代谢重组导致了杀伤关键因子的选择性减少。
总体来说，研究者们发现了单个杀伤性T细胞就能够持续作战的秘密。
穿孔素、颗粒酶B、TNF-α、IFN-γ等细胞因子是杀伤性T细胞用于杀伤的武器，而线粒体翻译能够调节这些杀伤关键因子的合成，为杀伤性T细胞的武器供应提供保障，从而进行持续性杀伤。
杀伤性T细胞为何能持续不断地进行杀伤，算是有了定论。
而关于游戏里刺客的秘密，奇点糕也早有自己的定论——其实刺客的斗篷里住着会做武器的手艺人！
参考文献：
[1]P. Golstein, G. M. Griffiths, An early history of T cell-mediated cytotoxicity. Nat. Rev. Immunol. 18, 527–535 (2018)
[2]A. Wiedemann, D. Depoil, M. Faroudi, S. Valitutti, Cytotoxic T lymphocytes kill multiple targets simultaneously via spatiotemporal uncoupling of lytic and stimulatory synapses. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 103, 10985–10990 (2006).
[3]Lisci M, Barton PR, Randzavola LO, Ma CY, Marchingo JM, Cantrell DA, Paupe V, Prudent J, Stinchcombe JC, Griffiths GM. Mitochondrial translation is required for sustained killing by cytotoxic T cells. Science. 2021 Oct 15;374(6565):eabe9977.
[4] N. Nakamura, S. Hirose, Regulation of mitochondrial morphology by USP30, a deubiquitinating enzyme present in the mitochondrial outer membrane. Mol. Biol. Cell 19, 1903–1911 (2008).
[5] L. Abeler-Dörner et al., High-throughput phenotyping reveals expansive genetic and structural underpinnings of immune variation. Nat. Immunol. 21, 86–100 (2020).
[6]M. Turner, M. D. Díaz-Muñoz, RNA-binding proteins controlgene expression and cell fate in the immune system. Nat.Immunol. 19, 120–129 (2018).
[7]F. Salerno, M. Turner, M. C. Wolkers, Dynamic posttranscriptional events governing CD8+ T cell homeostasis andeffector function. Trends Immunol. 41, 240–254 (2020).
本文作者 | 张艾迪