清华大学董晨团队揭示SMAD4在调控CD8细胞杀伤性功能中的作用及机制

转化生长因子beta（TGF–β）是抑制细胞毒性T细胞反应以维持自身免疫耐受、促进肿瘤免疫逃逸的细胞因子，SMAD4是TGF–β信号通路中的关键分子。虽然以往研究提示SMAD4具有不依赖于TGF–β信号通路的独立功能，但SMAD4是否以及如何调控CD8细胞杀伤性功能，仍然是不明确的。 

2022年7月27日，清华大学免疫学研究所 董晨 院士团队在 Science Advances 期刊发表了题为： SMAD4, activated by the TCR-triggered MEK/ERK signaling pathway, critically regulates CD8+ T cell cytotoxic function 的研究论文。 该研究系统阐述了SMAD4在调控CD8+ T淋巴细胞杀伤性功能中的作用和分子机制。

在该研究中，研究团队发现在小鼠肿瘤模型和李斯特菌感染模型内，SMAD4是维持CD8 +  T淋巴细胞的细胞毒功能所不可或缺的关键分子。RNA-seq和ChIP-seq数据也显示CD8细胞中SMAD4可以结合并上调编码细胞毒性分子的基因表达。另一方面，RNA-seq和ChIP-seq分析揭示SMAD4结合并上调编码T细胞受体 (TCR) 复合物、共刺激受体以及TCR信号相关的酪氨酸激酶的基因表达。 

以上数据证明SMAD4可以直接促进CD8细胞的激活和效应功能。同时，研究团队发现TGF–β信号和BMP信号并不改变野生型CD8细胞与SMAD4缺失的CD8细胞之间的功能差异。而CD8细胞中SMAD4的入核受TCR信号通路调控，TCR激活促进SMAD4入核，阻断TCR信号通路中的Lck、PI3K、MEK1/2、ERK1/2则显著抑制SMAD4入核, 阻断TGF–β信号不影响上述SMAD4入核的结果。 以上结果证明CD8细胞中SMAD4入核受TCR-MEK/ERK信号通路调控。

在接下来的生物化学实验中，研究者利用质谱分析活化状态CD8细胞中的候选磷酸化位点，通过点突变实验筛选出其中的Ser367位点是调控SMAD4入核的重要位点。同时，细胞内和细胞外的激酶实验都证明SMAD4的Ser367位点可以直接被ERK磷酸化。在功能验证实验中，与过表达野生型SMAD4的CD8细胞相比，过表达SMAD4-Ser367突变的CD8细胞在小鼠肿瘤模型、感染模型以及体外实验中都显现出受损的细胞毒功能。 

综上，该研究发现SMAD4在维持CD8细胞的活化状态和杀伤性功能上发挥着关键作用。SMAD4的这一作用不依赖于TGF-β信号通路，而是受TCR信号通路调控。TCR激活后，SMAD4的Ser367位点直接被ERK磷酸化并进入细胞核，上调编码TCR相关组件和细胞毒功能性分子的基因表达，从而正反馈强化CD8细胞的活化信号和杀伤性功能。

本研究为细胞毒性CD8 +  T细胞在病原体清除和肿瘤监控中的作用提供了重要的分子机制。 清华大学免疫学研究所博士后刘欣慰为本文第一作者。清华大学免疫学研究所教授、上海免疫治疗创新研究院院长董晨院士为本文通讯作者。本研究得到了来自国家自然科学基金委员会、清华大学“春风基金”、清华大学-厦门长庚医院过敏性疾病联合研究中心等多个项目的支持。

论文链接： https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.