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免疫系统(immune system)是机体抵御病原体入侵、保持内环境稳定(homeostasis)和维护机体健康最有效的“杀毒软件”,是机体的“防火墙”。T细胞是免疫系统的重要组成部分,有免疫系统的“军师”之称。T细胞所特有的免疫功能是来自骨髓(BM,bone marrow)的造血干细胞(HSC,hematopoietic stem cell)迁移到胸腺中,经过既定的程序逐步分化成熟而来的。胸腺细胞在分化成熟的过程中经历T细胞受体(TCR)基因重排(gene recombination)和克隆选择(clone selection)两个重要的生物学事件,从而专一地识别和清除自然界纷繁复杂的“异己”病原体；同时建立免疫功能和自身免疫耐受性(self-tolerance),保护“自己”不受侵害。
在胸腺细胞分化成熟的过程中,胸腺基质细胞(thymic stromal cell)呈递多肽-MHC(p-MHC,peptide-major histocompatibility complex)复合物和TCR结合启动TCR信号使胸腺细胞进行阳性选择(positive selection),最终分化成为MHCⅠ限制性的CD8 T细胞和MHCⅡ限制性的CD4 T细胞。在此过程中有三个重要的问题有待解决:(1)胸腺细胞的寿命非常短,完成阳性选择的前提条件是存活(survival)。胸腺细胞的存活是如何被调控的?(2)p-MHC-TCR信号迅速开启级联传导信号过程(signal transduction cascades),从而导致胸腺细胞进行克隆选择,这是个快速的、耗能的过程。胸腺细胞中能量的自稳平衡(energy homeostasis)是如何被调节的?(3)决定CD4/CD8 T细胞类群分化(lineage differentiation)的遗传程序尚不清楚。哪些基因参与了胸腺细胞CD4/CD8 T细胞类群的分化?这些类群决定因子(lineage-specifiying factor)本身又是如何被调控的?对这些问题的研究有助于我们更为全面地了解胸腺细胞分化成熟的分子机制和免疫疾病的发生、发展机理,为免疫疾病的治疗提供理论基础。我们的研究初步回答了调控胸腺细胞存活和能量自稳平衡的分子机制,并且丰富了调控CD4/CD8细胞类群分化成熟的分子网络。
第一部分工作主要研究丝氨酸/苏氨酸激酶LKB1在调控胸腺细胞存活过程中的作用。LKB1在维持个体发育、调控胚胎血管生成、调节能量代谢平衡和抑制癌症发生等方面有着很重要的作用。我们的研究发现,LKB1特异性缺失的胸腺细胞,细胞存活受到严重影响,同时CD4 SP和CD8 SP细胞的成熟也受到极其显著的阻滞。LKB1的缺失不仅导致能量感受器AMPK(AMP protein kinase)的激活受阻,而且抑制了抗凋亡因子Bcl-XL的表达。更重要的是,过表达Bcl-XL或者持续性激活的AMPK都能够补救LKB1缺失所造成DP胸腺细胞凋亡；同时,过表达持续性激活的AMPK能够恢复抗凋亡因子Bcl-XL的表达。综上所述,我们的研究发现丝氨酸/苏氨酸激酶LKB1通过激活AMPK和调控Bcl-XL的表达,从而促进DP胸腺细胞存活。
第二部分工作主要研究干扰素调节因子IRF4通过抑制Runx3的表达调控胸腺细胞分化成熟。过去的研究一直认为IRF4只表达在成熟的淋巴细胞中,并在T、B淋巴细胞分化和免疫细胞自稳平衡的过程中都有着重要的作用。而我们的研究发现IRF4受TCR信号调控,并在胸腺细胞阳性选择的过程中上调,在CD4/CD8细胞中呈现出差异表达。在胸腺细胞中过表达IRF4能抑制CD8 SP细胞的分化和成熟,相应地促进CD4 SP细胞的分化。IRF4可能通过招募组蛋白去乙酰化酶HDAC1特异地结合到Runx3远端启动子上抑制Runx3的表达；同时,IRF4转基因胸腺细胞中不仅抑制了Runx3的表达,而且其表型和Runx3敲除小鼠胸腺细胞表型相似。例如,在胸腺细胞和外周淋巴细胞中都检测到了选择后CD4+CD8+双阳性细胞的存在、CD4分子的表达紊乱、CD8 SP细胞的分化成熟和功能都受到严重阻滞。我们的研究表明IRF4作为一个重要的转录因子调控胸腺细胞的分化成熟。