2023/12/20 10:14:06 阅读：198 发布者：
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原文题目：Regulatory T cells require IL6 receptor alpha signaling to control skeletal muscle function and regeneration
通讯作者：Carolin Daniel
隶属单位：亥姆霍兹中心亥姆霍兹糖尿病中心
DOI：https://doi.org/10.1016/j.cmet.2023.08.010
日益严重的肥胖大流行目前正在扩大到全球健康威胁。肥胖相关代谢功能障碍作为长期心血管并发症的危险因素的关键贡献强调了肥胖对人口健康的主要影响。营养过剩，特别是缺乏身体活动，基本上与肥胖和糖尿病的发病机制有关。因此，热量限制和运动训练等生理干预已被证明在预防和治疗代谢紊乱方面具有多种有益作用。
尽管有这些见解，我们对运动有益效果的机制理解仍然非常有限。特别是，肌肉功能、局部免疫反应调节和运动之间的分子相互联系目前在很大程度上尚未确定。这种知识差距与肌肉中局部免疫调节的影响及其与肌肉完整性、功能和再生的串扰有关。因此，解剖肌肉特异性免疫调节以及肌肉功能、适应和再生对于推进未来针对免疫调节的利基特异性靶向的干预措施至关重要。从免疫学的角度来看，最近在骨骼肌中发现了特定的组织调节性T细胞（Tregs）群体，该细胞群显示出独特的T细胞受体（TCR）库和特定的转录组。Treg的特征在于CD4，CD25和转录因子Foxp3的表达，其作为其发育和功能的主要调节因子。与存在于淋巴组织中的对应物相比，肌肉等非淋巴组织中的Tregs在控制和维持组织稳态，完整性和功能方面发挥着关键功能。
图1骨骼肌中CD4 T细胞和Foxp3 Treg的鉴定以及肌肉对运动的反应
肌肉Tregs具有高表达水平的双调蛋白（Areg），这是表皮生长因子家族的成员，其受体（表皮生长因子受体，EGFR）在肌肉内的免疫细胞和卫星细胞（SCs）上表达。最近，Areg 已被证明在协调宿主抵抗和耐受机制方面发挥着核心作用。与其他EGFR配体不同，Aeg与其受体的低亲和力结合，而不是引起受体内化，降解和负反馈回路，而是诱导持续信号。在肌肉免疫串扰的背景下，IL6 作为响应运动而释放的关键肌因子发挥作用。
与其在肥胖相关代谢疾病中的促炎作用相反，运动时肌内注射IL6信号已被证明缺乏促炎途径（如TNF-α和IL-1β）的激活，而是涉及抗炎细胞因子，如IL-10。从机制上讲，IL6可以通过膜结合受体IL6Rα以经典方式发挥信号传导，然后与膜结合糖蛋白130（也称为gp130和IL6Rβ）结合。此外，通过可溶性 sIL6R 的反式信号传导和树突状细胞 （DC） 介导的反式呈递到 T 细胞以抗原特异性方式有助于IL6的多效性。
图 2运动增加肌肉中的 Treg 频率并诱导组织 Treg 的表型成熟
尽管有这些见解，但目前尚不清楚运动是否调节肌肉Tregs及其功能，以及Tregs是否是肌肉对运动的反应所必需的，从代谢的角度来看，但也涉及肌肉功能，肌生成和修复机制。此外，肌肉中这种免疫调节的分子机制尚未探索。为了回答这些未知数，我们使用T细胞和肌肉特异性功能丧失模型，包括选择性消融Treg，以证明Tregs控制肌肉功能，耐力运动支持肌肉驻留的Foxp3 Tregs具有高功能活性的稳定诱导。在机制上，我们证明了T细胞上的IL6Rα信号传导是运动和肌肉损伤后Foxp3 Tregs的增加及其功能适应所必需的。强调IL6Rα信号传导与肌肉 - Treg细胞相互作用的相关性，我们表明，与对照小鼠相比，T细胞上缺乏IL6Rα的动物（TKO）诱导肌肉质量损失（肌肉减少症）的肌肉功能明显下降。此外，T细胞特异性IL6Rα KO小鼠在稳态下携带的SCs和纤维脂肪前体细胞（FAPs）的频率显着降低，并且在体内肌肉损伤时表现出肌肉再生和功能受损。野生型（WT）小鼠的药理学IL6R靶向在IL6Rα TKO小鼠中发现，并表明抗IL6R抗体促进肌肉无力。这些发现证明了T细胞上IL6Rα信号轴的关键功能，以指导Treg-肌肉串扰以控制肌肉功能和再生。
图 3：Treg 耗竭严重损害肌肉功能
这里介绍的研究结果证明了肌肉驻留Tregs在塑造肌肉功能，适应和修复方面的关键作用。具体来说，从免疫学的角度来看，我们表明运动训练可以有效地诱导肌肉中稳定的Tregs群体。值得注意的是，运动引起的肌肉中的Tregs在运动后终止后得以维持，如在前小鼠中看到的最大频率所证明的那样。因此，这些数据突出了局部Tregs在运动训练中调节肌肉功能的关键作用。因此，我们表明，肌肉中Treg的选择性消融会引起运动代谢和肌源性反应所需的肌肉特异性基因表达的显着减少。具体来说，在肌肉中急性缺乏Tregs的情况下，运动相关的代谢基因表达以及与肌生成和肌肉修复相关的因素显着降低。更重要的是，Treg耗竭促进了肌肉功能的显着降低。根据这一观察结果，Treg重新种群可以恢复肌肉功能。因此，这些结果强调了肌肉驻留Tregs在控制肌肉功能和适应运动方面的关键影响。
这项研究的一个关键发现是鉴定 T 细胞上的 IL6Rα 表达作为 Treg 介导的肌肉功能、适应和修复控制所需的分子界面。为了验证T细胞中IL6Rα信号传导在肌肉中介导这些非规范Treg功能的相关性和稳健性，我们选择了三种模型，从肌肉的角度来看，它们高度不同，并且依赖于不同的机制。具体来说，我们选择了如上所述的运动，炎症引起的肌肉质量损失（肌肉减少症）和无菌肌肉损伤，这将在下面讨论。我们研究了肌肉减少症的模型，以剖析IL6Rα TKO小鼠受损肌肉Treg频率和特征对肌肉功能的（病理）生理相关性。至关重要的是，与絮状动物相比，IL6Rα TKO动物的肌肉功能明显下降。从肌肉生理学的角度来看，在运动和肌肉减少症模型中，我们没有发现前小鼠或肌肉减少症诱导后动物SDH活性的显着变化。因此，这些数据反对肌肉去调节在这些实验环境中驱动生物反应的关键贡献。
图4在没有IL6 / IL6Rα介导的肌肉和T细胞之间串扰的情况下，运动的促耐受性影响被消除
从免疫学的角度来看，这些结果表明肌肉-Treg细胞串扰对运动和肌肉减少症的反应做出了重要贡献，并揭示了这种串扰依赖于T细胞中的IL6Rα信号传导。因此，我们表明，在IL6Rα TKO动物中，运动对Treg频率的有益影响及其基于Areg，EGFR和ST2表达的功能成熟被完全消除。此外，使用IL6Rα TKO小鼠的这些结果表明，经典的IL6信号集成了运动的这些Treg培养特征。这些数据还表明，反式信号传导在T细胞特异性IL6Rα KO动物中仍然起作用，并且由IL6与sIL6R结合启动，然后sIL6R-IL6复合物与gp130结合，对运动介导的肌肉Tregs诱导没有实质性贡献。此外，目前的发现强调了肌肉Tregs中与Foxp3，Areg，EGFR和ST2信号传导的重要互连和串扰。根据这一概念，以前的研究已经强调了EGFR和IL6R之间的信号串扰。
此外，肌纤维特异性IL6 KO动物在运动后保持肌肉-Treg增强;然而，在这种功能丧失模型中，Tregs的功能成熟度显着降低，这是通过运动后Treg缺乏ST2和EGFR诱导来评估的。在骨骼肌中存在的几乎所有细胞中都观察到IL6的产生。特别是在肌肉再生过程中，IL6分泌在FAP和MP中被诱导，作为该细胞因子促进SC增殖和分化的关键来源。
图5：IL6Rα的T细胞特异性缺失小鼠损伤时肌肉再生明显受损
由于我们的小鼠模型仅消融肌纤维中的Il6基因，因此我们得出结论，该来源是运动相关肌肉T细胞表型的关键元素。因此，这些发现表明，肌纤维衍生的IL6并不是运动时IL6Rα下游信号传导的唯一调节剂，而是关键地参与局部Treg细胞功能成熟。此外，有人提出IL6R与EGFR的结合可延长IL6R诱导的信号转导器和转录3激活剂（STAT3）激活。根据并鉴于我们的发现证明了T细胞中IL6Rα信号传导的关键要求，以介导肌肉Treg运动时Foxp3诱导，以前的报告显示STAT3在维持Treg表型及其功能中的直接作用。此外，Foxp3可以作为与STAT3的共转录因子，从而增强肿瘤诱导的Tregs中的IL-10基因转录。此外，发现几种信号中间体诱导Areg的产生，从而进一步激活EGFR。据报道，ST33受体的配体IL-2最近在不同的运动方案中在骨骼肌中产生。根据这一概念，Dietmar Zaiss小组先前的工作表明，在Th2细胞中，EGFR和ST2之间的信号传导复合物具有重要贡献，伴随着IL-33诱导的EGFR介导的信号传导。
鉴于观察到的IL6Rα TKO小鼠在稳态下的肌肉再生潜力降低，作为另一种独立方法，我们采用了无菌肌肉损伤模型来定义T细胞特异性IL6Rα在介导局部Tregs在肌肉修复中的作用中的重要性。重要的是，与絮凝对照动物相比，IL6Rα TKO动物在肌肉修复和再生方面表现出显着损害。根据IL6Rα TKO小鼠的肌肉再生潜力受损，抗炎MP也被证明会影响肌肉再生能力。因此，除了IL6Rα TKO小鼠在Tregs上发现的Areg表达减少之外，Areg可及性和这些MP的连续产生的限制可能会进一步加剧IL6Rα TKO小鼠受伤后观察到的有缺陷的肌肉再生和修复。为了与这一假设保持一致，Minutti等人最近的一项研究。提供巨噬细胞来源的 Areg 支持组织修复的机制。具体来说，Areg 被证明可以在组织损伤后诱导周细胞上的 TGF-β 激活，从而导致血运重建和伤口愈合。
图 6 使用抗 IL2/IL2 抗体复合物的 Treg 扩增可恢复 IL6Rα TKO 小鼠的肌肉再生能力
强调肌肉-Treg串扰在控制肌肉修复和再生方面的重要性，我们使用Treg功能增益表明Treg扩张完全恢复了IL6Rα TKO肌肉中SCs和FAP的减少到在絮状对照小鼠中观察到的水平。重要的是，使用特异性抗体（例如托珠单抗）靶向的药理学IL6R用于各种临床环境，包括自身炎症性疾病的治疗，并且与包括炎症和肌肉无力发展的副作用有关。根据这一概念，我们在这里表明，药理学抗IL6R靶向可促进WT小鼠的肌肉无力。因此，鉴定T细胞特异性IL6Rα表达是Treg介导的肌肉功能控制所必需的也具有临床意义。具体来说，我们的结果可以为这种副作用的发展提供可能的机制解释，以响应抗IL6R治疗方案。值得注意的是，在伴有炎症性肌肉表型（如肌肉萎缩）的持续感染情况下，除了在坏死性肌病中，抗IL6R抗体也直接在肌肉中显示出有益的作用。这些发现表明，抗IL6R抗体在伴或不伴直接累及肌肉炎症的炎症性疾病中具有上下文依赖性作用。
图7药理学IL6R靶向损害WT小鼠肌肉功能
总之，使用选择性Treg消融，Treg功能增益，运动训练，肌肉减少症诱导和肌肉损伤模型，我们将T细胞上的IL6Rα表达确定为介导基于Treg的肌肉功能，适应和修复控制的分子界面。鉴于抗IL6R治疗与肌肉无力发展的关联，所提出的研究结果具有临床相关性。Tregs在非淋巴组织中的功能特化，如此处所示的肌肉中Tregs的背景，保证了未来应用策略的优化，这将允许对这些相关免疫细胞进行生态位和/或上下文特异性靶向。这种针对特定情境的靶向将有助于避免托珠单抗所讨论的全身应用引起的副作用。因此，本研究的结果突出了剖析肌肉特异性免疫调节的相关性，对于未来针对生态位特异性Treg的精准药物设计具有重要意义。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cmet.2023.08.010
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