免疫和代谢是机体维持稳态以及应对外部压力的关键生理体系。2022年度，王迪教授团队连续发表多篇高水平研究论文（最后通讯作者论文包括Science Immunology，Cell Metabolism, Developmental Cell, Nature Communications），系统性阐述了“免疫-代谢”交互调控在多生理和病理场景中的共性规律和新机制，特别是提出离子动态及其稳态失衡是“免疫-代谢”通讯在生理和病理过程中的关键调控因素，为免疫代谢研究领域提供了新的学术观点和分子靶点。

Immunity and metabolism are key physiological systems to maintain homeostasis and to respond to external stresses. In 2022, Prof. Di Wang's team published several research papers (Science Immunology, Cell Metabolism, Developmental Cell, Nature Communications), which uncovered the common concepts and mechanisms of "immune-metabolism" interaction among multiple physiological and pathological scenarios. In particular, it is proposed that ion homeostasis and imbalance are the key factors of "immune-metabolism" communication in physiological and pathological processes.

王迪  浙江大学求是特聘教授，浙江大学医学院副院长。作为通讯作者在 Immunity (2016, 2018, 2021)，Science Immunology (2022)，Cell Metabolism (2022)，Molecular Cell (2019, 2020)，Developmental Cell (2022)，Nature Communications (2022)，GUT (2021) 等杂志发表学术论文多篇。获得国家杰出青年基金、优秀青年基金、重点项目资助，教育部“青年长江学者”，浙江省“万人计划”科技创新领军人才，浙江省杰出青年基金，浙江省有突出贡献青年科技人才，浙江省优秀博士论文导师 (2018, 2021)，药明康德生命化学研究学者奖，树兰医学青年奖，中国免疫学青年学者奖等。

王迪教授团队培养形成了层次合理的科研梯队，目前团队有百人计划研究员1人（池哲勖），特聘研究员1人（余伟伟），博士后3人、博士生10人，本科生2人。团队成员入选国家“博新计划”1人，获得国家自然科学基金青年项目资助2人。2名博士毕业生学位论文被评为浙江省优秀博士学位论文（2018, 2021），团队成员2015年以来获得国家奖学金5人次。

负责人：王迪

团队照片

基于3D打印技术构建了一套肠道体外活体培养及检测体系，同时结合透明化成像技术对肠道粘液层实现了动态可视化观察

GSDMD p20通过结合PtdIns(3)P调控内体-溶酶体途径，调节破骨细胞的骨吸收功能从而维持骨稳态

研究揭示了GSDMD p20在调控组织稳态中的新功能，拓宽了对GSDMD在不同生理条件、不同细胞类型、不同切割产物（图中蒲公英的不同花瓣）的全面认识

肿瘤微环境高K+通过Kir2.1塑造肿瘤相关巨噬细胞的功能

 肿瘤微环境像海水，深海区和浅海区的颜色深浅代表不同浓度的K⁺，不同的人代表不同类型的免疫细胞，在不同区域的海水中驻留并发挥不同的免疫学功能

 一、GSDMD在肠道稳态维持中的重要作用

肠道组织是体内重要的“免疫-代谢-菌群”交互调控器官，其稳态的维持对于肠道生理功能的发挥并抵抗病原微生物的侵入至关重要。肠道上皮细胞中的杯状细胞（goblet cell）通过分泌粘液蛋白（mucin）形成贴附在上皮层面上的粘液层（mucus layer）进而隔离并控制肠道微生物的定殖和侵入，在肠道免疫中发挥关键性作用。然而目前对于肠道杯状细胞如何分泌粘液蛋白并维持粘液层的形成及其关键控制分子仍不明确。 

王迪教授团队研究发现，在肠道上皮细胞中特异性敲除GSDMD会导致小鼠在生理情况下缺失肠道粘液层并导致肠道微生物对上皮屏障的物理性贴附，而基因敲除小鼠对肠道病原菌感染也表现出更强的易感性。该现象的分子机制在于杯状细胞中活化的GSDMD会通过Ca2+-Scinderin依赖的细胞骨架重塑介导粘液囊泡外排（mucin granule exocytosis）。该研究揭示了GSDMD蛋白以非焦亡方式（non-pyroptotic）参与介导肠道杯状细胞分泌型囊泡的外排，塑造肠道屏障稳态的重要生理作用。研究人员为了更好地模拟体内的环境，同时方便检测肠道受不同信号刺激后粘液层的变化，基于3D打印技术构建了一套肠道体外活体培养及检测体系，同时结合透明化成像技术对肠道粘液层实现了动态可视化观察。 

机制上，研究人员通过小鼠肠道蛋白质组分析等手段，发现Gsdmd^ΔIEC小鼠大肠中的肌切蛋白（Scinderin）蛋白下调最明显，并且GO分析表明分泌型囊泡外排通路受到明显抑制。Scinderin是一种细胞骨架调控蛋白，在维持细胞囊泡运输（如神经递质的分泌）中具有重要的作用，同时Scinderin在细胞内发挥作用依赖于Ca²⁺的浓度。研究人员通过一系列实验证实GSDMD通过Ca²⁺-Scinderin依赖的细胞骨架重塑促进粘液外排。 

二、GSDMD在骨稳态维持中的重要作用

经典的GSDMD焦亡功能往往在炎症性的巨噬细胞中发生，但是在不同组织中同样存在着功能多样的组织定居型巨噬细胞（tissue-resident macrophages），这些特化的巨噬细胞类型对不同器官组织的稳态调控同样至关重要。在RANKL的刺激下，单核巨噬细胞会分化成为骨髓当地的组织定居型巨噬细胞——破骨细胞（osteoclasts），通过释放成熟溶酶体（secretory lysosomes）中的氢离子和多种蛋白酶对骨基质进行降解并促进骨吸收。王迪教授团队发现在组织定居型巨噬细胞-破骨细胞中GSDMD发生切割并产生p20片段，并通过定位在早期内体（early endosomes）上调控溶酶体（lysosomes）的成熟分泌进而维持机体骨稳态。同时提出一种假设，GSDMD在生理状态下可能在一些特化型分泌细胞中参与特定囊泡的运输和分泌过程。

研究人员首先在破骨细胞中检测到了GSDMD的p20切割及其寡聚化条带，并证实其切割过程依赖于RIPK1/FADD/Caspase-8/Caspase-3且不诱发细胞焦亡。进一步研究发现，Caspase-8、Caspase-3、GSDMD缺失都会显著增强破骨细胞的骨吸收功能，但对巨噬细胞向破骨细胞的分化没有影响。此外，通过micro-CT及组织学评估，GSDMD缺失导致小鼠骨量的显著下降，且在雌性小鼠卵巢切除（OVX）与衰老（Aging）两种模型中，GSDMD的缺失同样加剧了骨丢失。为进一步研究GSDMD如何影响破骨细胞的功能，研究人员进行了蛋白质组测序、透射电镜、溶酶体酶活及酸化试验等一系列功能性实验，发现GSDMD的p20片段主要影响了破骨细胞中内体-溶酶体的成熟过程。

机制研究上，研究人员通过共聚焦显微镜成像及磷脂膜-蛋白结合等研究手段发现GSDMD p20在胞质中与早期内体共定位，并能够特异性结合早期内体膜磷脂——3-磷酸磷脂酰肌醇（PtdIns(3)P）。3-磷酸磷脂酰肌醇（PtdIns(3)P）向3,5-二磷酸磷脂酰肌醇（PtdIns(3,5)P2）转化是驱动早期内体向晚期内体/溶酶体转化的关键步骤，而GSDMD p20通过结合PtdIns(3)P抑制这一过程从而对内体-溶酶体途径以及下游溶酶体的成熟与分泌进行控制。此外，通过GSDMD结构模拟并设计点突变对p20功能进行评估，研究人员还发现，GSDMD p20调控内体-溶酶体途径的功能很大程度上依赖于p20的寡聚化。

三、离子调控巨噬细胞免疫代谢的重要作用

离子作为细胞内外环境的重要因素，其稳态平衡在维持免疫细胞功能方面有着重要作用。二价离子例如Ca2+作为重要的第二信使直接参与免疫相关信号通路的调控。一价离子例如K+则可以通过影响细胞膜电势（V_m）进而调控二价离子的流动以及相关信号通路。

肿瘤微环境(tumor microenvironment, TME)作为一种独特的生态位(niche)，其稳态受到了肿瘤内各种细胞和胞外成分调控。以往的研究表明，这种以营养失衡、缺氧以及酸性为特征肿瘤微环境，对于肿瘤免疫细胞功能影响巨大。肿瘤微环境中的生物和无机因素的共同作用对于肿瘤内免疫细胞的适应性和功能塑造不可或缺。从肿瘤-免疫共同进化的角度，了解瘤内免疫细胞对抗或妥协这种严酷微环境中所采用的策略，可以为研究肿瘤诱导的免疫抑制背后的机制带来新的见解。近年来，一系列研究表明肿瘤内的也存在离子稳态失衡情况，且离子稳态对于肿瘤内免疫细胞的功能也至关重要。其中高钾离子(high K+)是一种广泛存在的微环境特征。

肿瘤相关巨噬细胞(TAM)是一类肿瘤内动态且高异质性的细胞群，其异质性反映了其在肿瘤进展和临床预后上的双重作用：它们不仅可以发挥杀肿瘤功能、诱导抗肿瘤反应，也能促进肿瘤免疫逃逸和免疫抵抗。在营养缺乏的TME中，TAM的功能状态受到了很大的影响，其细胞代谢编程和对外源营养物的偏好之间的内在联系仍不明确。

研究人员利用多种小鼠肿瘤模型以及人临床肿瘤样本，发现肿瘤内高K+显示出对TAM抗肿瘤极化(anti-tumor)的抑制作用。作者进一步利用RNA-seq和膜片钳技术，鉴定了内向整流K+通道Kir2.1作为TAM感知高K+ TME并发生极化的重要调控分子。Kir2.1的条件性敲除能够解除高K+对TAM的抑制作用，使TAM复极化以重新获得抗肿瘤作用，降低肿瘤负荷。通过流式细胞仪和单细胞分析，研究人员系统地描绘了Kir2.1巨噬细胞条件性敲除可以全局性重塑TME中免疫细胞的抗肿瘤功能。

研究人员发现Kir2.1敲除可以使得TAM从氧化磷酸化(Oxphos)为优势的代谢特征转化为糖酵解(glycolysis)模式。功能代谢分析揭示了Kir2.1在TAM的代谢偏好性中发挥重要作用，Kir2.1维持的巨噬细胞膜电势对于电化学依赖的谷氨酰胺(glutamine)转运体SNAT2的功能至关重要。

为了进一步探索Kir2.1与肿瘤预后的关联性，研究人员在一个单中心回顾性队列中发现TAM Kir2.1的表达水平与结直肠癌患者临床结果的相关性。同时，通过单细胞数据分析得出的Kir2.1 high TAM的特征基因也可以区分TCGA泛癌患者的生存期。最后，作者使用Kir2.1的选择性抑制剂ML133来评估药理学靶向Kir2.1的治疗潜力。在小鼠模型中，ML133与PD-1单抗的联合利用达到了更好的治疗效果。并且，ML133在小鼠移植肿瘤和结直肠癌患者来源的类器官(patient-derived organoid, PDO)中均显示出重编程TAM的巨大潜力，并可以抑制了小鼠和人源肿瘤的生长。在体外PDO模型中，ML133治疗将所有5名患者的人源性TAM复极化为抗肿瘤的M1状态，平均响应率为72.14%。

综上，这项研究确定了在离子紊乱的肿瘤微环境中，Kir2.1作为TAM极化的关键调控分子。Kir2.1通过代谢重编程调节TAM的极化，从而影响其免疫功能。这些发现显示Kir2.1能够作为重塑TAM抗肿瘤能力的潜在靶点，也拓宽了人们对肿瘤微环境中离子紊乱的认识。