Nature子刊：上海市东方医院王飞龙团队揭示经典激活巨噬细胞的代谢适应性
2023-05-17
该研究挑战了之前关于MPC介导的代谢通路促进经典激活巨噬细胞功能的观点，并揭示了UK5099这一广泛使用的MPC抑制剂存在脱靶效应。研究团队将在今后的工作中进一步深入的评估不同亚型巨噬细胞分化过程中组
巨噬细胞是天然免疫系统的重要组成部分，在机体抵御外来病原菌的入侵以及清除肿瘤细胞、自身衰老细胞等方面发挥着关键的作用。近年来，大量研究发现，细胞内的特定代谢通路和产物对于免疫细胞的激活和分化起着重要的调控作用，免疫代谢（immunometabolism）也被认为是近20年免疫生物学领域的最重要的进展之一。其中，迅速增加的有氧糖酵解是经典激活巨噬细胞（M1型）最显著的代谢特征之一，但是此代谢重编程如何影响M1型巨噬细胞的功能尚不清楚。
因此，这些研究团队认为葡萄糖通过糖酵解生成丙酮酸并进入线粒体的代谢通路对于M1型巨噬细胞的激活至关重要，机制上认为丙酮酸进入三羧酸循环后通过生成柠檬酸来增加细胞质中的乙酰辅酶a水平和组蛋白乙酰化修饰，进而促进M1型巨噬细胞促炎细胞因子的转录。
2023年5月15日，上海市东方医院（同济大学附属东方医院）呼吸与危重症医学科王飞龙课题组联合美国梅奥医学中心 Joerg Herrmann 团队，在 Nature Metabolism 期刊发表了题为：Mitochondrial pyruvate carrier-mediated metabolism is dispensable for the classical activation of macrophages 的研究论文。
该研究利用髓系细胞特异性基因敲除的小鼠模型，发现线粒体丙酮酸转运体（MPC）介导的代谢通路对于M1型巨噬细胞的激活并无显著影响，而数十年来被代谢领域广泛使用的MPC抑制剂UK5099存在脱靶效应。
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来源: 生物谷
研究团队首先评估了不同浓度的UK5099对于内毒素（LPS）诱导的巨噬细胞促炎因子生成水平以及MPC活性的影响。通过采用稳定同位素示踪技术，研究团队发现UK5099在2-5μM即达到对MPC的最大抑制能力，但是其在25 μM及以上才能够显著抑制促炎细胞因子的生成。进一步研究发现，高浓度UK5099显著抑制了巨噬细胞氧化磷酸化水平以及膜电位，并降低了缺氧诱导因子1α（HIF-1α）的稳定性，但低浓度UK5099并无上述效应。因此，研究团队推测，UK5099的抗炎作用可能独立于其对于MPC的抑制效应。
为了进一步检验这一假说，研究团队构建了髓系细胞特异性敲除Mpc1的小鼠模型，发现敲除Mpc1阻断了葡萄糖和丙酮酸进入三羧酸循环，并不影响M1型巨噬细胞的代谢重编程以及细胞内ATP的水平，亦不影响组蛋白乙酰化和促炎细胞因子的转录和表达。但是，高浓度UK5099不仅在对照组巨噬细胞上（Mpc1fl/fl）抑制了多种促炎细胞因子的生成，在缺乏MPC表达的巨噬细胞（Mpc1ΔLysM）上同样观察到了此现象。转录组测序结果也显示，UK5099改变的基因在对照和缺乏MPC表达的巨噬细胞上有着极大的重叠。此外，高浓度UK5099在Mpc1fl/fl和Mpc1ΔLysM巨噬细胞上均显著抑制了氧化磷酸化的水平，并降低了缺氧诱导因子1α（HIF-1α）的稳定性。因此，上述结果表明MPC介导的代谢通路并不影响M1型巨噬细胞的激活，而UK5099存在着脱靶效应。
巨噬细胞具有很强的代谢适应性，研究人员发现在缺失MPC情况下，M1型巨噬细胞消耗了更多的谷氨酰胺来补充三羧酸循环，维持正常的氧化磷酸化水平。为了进一步检验急性敲除MPC是否能够影响M1型巨噬细胞组蛋白乙酰化和促炎细胞因子的产生，研究团队构建了髓系细胞MPC诱导敲除的小鼠模型（Mpc1ΔLysM-ERT），发现Tamoxifen诱导的急性MPC缺失也不影响LPS诱导的巨噬细胞组蛋白乙酰化和促炎细胞因子的生成，而高浓度的UK5099在Mpc1fl/fl和Mpc1ΔLysM-ERT巨噬细胞上均显著抑制了这些细胞因子的产生。这些结果进一步证实了本研究的结论。
综上，该研究挑战了之前关于MPC介导的代谢通路促进经典激活巨噬细胞功能的观点，并揭示了UK5099这一广泛使用的MPC抑制剂存在脱靶效应。研究团队将在今后的工作中进一步深入的评估不同亚型巨噬细胞分化过程中组蛋白修饰与代谢通路的内在联系，并力争阐明UK5099的其它作用靶点。
同济大学医学院2020级博士生冉林玉和梅奥医学中心Song Zhang为论文共同第一作者，王飞龙教授和Joerg Herrmann教授为论文共同通讯作者。
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