为了揭示T细胞耗竭的代谢调控机制，德国维尔茨堡大学教授Feyza Engin研究团队在Nature Communications上发表题为Mitochondrial dysfunction promotes the transition of precursor to terminally exhausted T cells through HIF-1α-mediated glycolytic reprogramming的研究性论文。

本研究表明，线粒体功能障碍导致氧化还原应激，抑制HIF-1α的降解，促进Tpex细胞转录和代谢重编程，最终导致T细胞衰竭。

通过CAR T细胞的代谢工程可以增强Tpex细胞的干性和功能，为癌症免疫治疗提供了潜在的策略。

一 文章思路解读

01研究设计背景

l  T细胞耗竭是一种在持续感染或癌症中发生的免疫反应，导致抗原无法被清除。耗竭的T细胞（Tex细胞）表现为共抑制受体上调（如PD-1、Tim-3、Lag-3），功能下降。

l  Tpex指的是耗尽的T细胞的前体或祖细胞。在免疫反应中，当T细胞耗竭（Tex细胞）处于终末分化过程中失去功能时，Tpex细胞作为一种特殊的多能细胞群被稳定地补充。它们被视为耗尽的T细胞的前体，可能具有更高的再生能力和修复潜力，能够维持免疫反应的稳定性。

l  幼稚T细胞具有低分解代谢率，主要通过线粒体呼吸生成ATP。尽管代谢重编程控制T细胞激活和分化，但对代谢调节及其对T细胞功能的完全理解尚不明确。已有研究报道，在体外、慢性病毒感染和癌症中，线粒体衰退与T细胞耗竭相关，但其是原因还是结果尚不清楚。

02文章研究思路

n  01线粒体呼吸减弱和类似Warburg效应的糖酵解重编程是T细胞终末耗竭的代谢标志。

n  02即使在没有连续抗原暴露的情况下，线粒体呼吸的缺陷也足以引发T细胞耗竭的转录、表型和功能特征。

n  03由于线粒体功能不全而导致的氧化应激和代谢重编程支持HIF-1α蛋白稳定和T细胞耗竭。

n  04线粒体功能不全和HIF-1α介导的糖酵解重编程都会导致T细胞耗竭，并且抑制糖酵解重编程是维持(CAR)T的干性、寿命和功能性的可行代谢干预策略（图1）。

图1：2-DG 治疗增强了 CAR T 细胞的抗肿瘤功效

二 文章构思在国自然课题申报中的应用

01创新点

T细胞功能衰竭诱发原因

通过结合基因缺陷小鼠、单细胞转录组学和代谢组学分析，研究发现线粒体功能不全是内在的触发因素，能够诱发T细胞的功能衰竭。

线粒体功能障碍

揭示了线粒体功能障碍会引发氧化还原应激，从而抑制HIF-1α的蛋白酶体降解，进而推动Tpex细胞的转录和代谢重编程，导致最终的T细胞衰竭。

CAR T细胞代谢模式

改变CAR T细胞的代谢模式可能是一种有效的策略，可增强Tpex细胞的干性和功能，从而提升肿瘤免疫治疗的有效性。

02局限性

模型的局限性小鼠与人类的免疫系统和代谢过程存在一些差异，因此研究结果的直接转化到人体需要谨慎。

CAR T细胞治疗的局限性

研究强调了CAR T细胞的代谢工程作为治疗策略的前景，但CAR T本身存在的问题，如毒性反应、抗原丢失和耐药性等，需要进一步进行观察研究。

落未完全阐明的代谢调控机制

尽管揭示了线粒体功能障碍导致氧化还原应激和HIF-1α调控的重要性，但是研究并未全面解释Tpex细胞的代谢调控机制，包括其他可能参与的分子和途径。

国自然延伸

本研究的一大亮点是利用了单细胞转录组学和代谢组学进行了大量的分析，得出了线粒体功能不全是细胞内在的触发因素，可引发T细胞的功能衰竭的结论。

随着单细胞测序技术的价格下降，在基金申请中应用单细胞测序技术已经是很常见的现象了，基本上经过了这三个阶段：

01基于单细胞测序技术（本身）研究

即：将单细胞测序技术在某个科学问题中的应用为研究主题，重点突出单细胞测序在解决该科学问题中的独特优势。

02基于单细胞测序发现的现象或者问题开展研究

比如前期的单细胞测序结果发现了某某现象，而项目的重点是验证现象、探索现象的临床意义以及现象背后的分子机理。这种类型的项目到现在仍然有很多，发现的现象也主要围绕单细胞测序的分析内容展开。

03把单细胞测序作为常规技术用于研究

单细胞测序在这种项目申请中基本类似于RNA-Seq等常规测序了，主要用于已有现象的关键细胞群、关键分子和机制的筛选，比如研究肿瘤耐药主题中，筛选可能介导耐药的细胞群、关键分子和通路。

基于这篇文章的思路，我们可以对国自然的课题设计可以着重于多层次、全面性、新技术这三点，其中的新技术对研究如虎添翼，运气好的话还能发现新的群体或分子：

多层次

在研究设计中，可以考虑采用多层面的研究策略，包括小鼠模型、类器官模型以及人体细胞的体外模型。这样可以更全面地了解免疫系统和代谢过程在不同环境下的行为。

全面性

在CAR T细胞治疗的研究中，除了关注代谢工程的前景外，还应综合考虑CAR T本身的问题。这包括毒性反应、抗原丢失和耐药性等方面，通过综合研究可以更全面地评估治疗策略的可行性。

新技术

探索应用新的研究技术，如单细胞转录组学和代谢组学，以获取更全面的数据，帮助揭示代谢调控机制中的未知细节。

下面是近期中标的题目，大家可以试着参考一下，构思下一个自己的项目题目。