炎症是对感染和组织损伤的自然保护反应。急性炎症可以通过免疫抑制来缓解，也可以持续存在，从而导致慢性炎症。这些转变是由免疫细胞不同的分子和代谢重编程驱动的。降糖药二甲双胍抑制急性和慢性炎症的机制尚未完全了解。2023年11月17日，西班牙Marlies Cortés教授的研究小组在Nature Communications上发表了题为“Inflammatory macrophages reprogram to immunosuppression by reducing mitochondrial translation”的研究论文。在这项研究中，二甲双胍的抗炎和活性氧抑制作用取决于巨噬细胞中可塑性因子ZEB1的表达。利用髓系细胞中缺乏ZEB1的小鼠和人类患者样本，该研究发现ZEB1具有双重作用，它通过诱导巨噬细胞转变为免疫抑制状态，在引发和消除炎症方面都起着至关重要的作用。

　　转录因子ZEB1能够并维持癌症细胞的细胞可塑性，并且最为人所知的是在胚胎发育和癌症进展过程中诱导上皮-间质转化（EMT）。ZEB1表达增强肿瘤相关巨噬细胞的促肿瘤作用，并在病毒感染时诱导巨噬细胞中的干细胞样表型。因此，研究人员对ZEB1在急性和慢性炎症过程中调节巨噬细胞转录组和代谢可塑性的潜在作用展开了研究。为了研究急性炎症背景下，巨噬细胞从免疫原性到免疫抑制性的重编程，研究人员使用了脂多糖（LPS）诱导的急性炎症模型。一组接受急性炎症方案（单次LPS注射，称为“LPS”），另一组接受免疫抑制方案（两次LPS注射，称为“LPS + LPS”）。在急性炎症下，小鼠腹膜巨噬细胞和人类单核细胞衍生的巨噬细胞中炎症因子IL6的表达增加。然而，在免疫抑制条件下，IL6的表达增加幅度较小。研究人员还比较了不同条件下人外周血单核细胞（PBMC）中IL6的表达，发现在慢性炎症性疾病患者的PBMCs中，IL6相对于健康供体的 PBMCs 增加了约500倍。研究还发现，当人和小鼠巨噬细胞过渡到免疫抑制状态时，ZEB1的水平都会升高。为了研究 ZEB1 是否会在急性炎症或免疫抑制期间调节巨噬细胞的表型和功能，研究人员构建了髓系细胞Zeb1缺失的小鼠模型（Zeb1∆M）。Zeb1WT 和 Zeb1∆M 小鼠被分成两组，分别接受 LPS 诱导的致死性内毒素血症和 LPS + LPS 诱导的免疫抑制方案。在 LPS 分组中，Zeb1∆M小鼠比Zeb1WT有更高的存活率，但在 LPS + LPS 组中，情况则相反。上述数据表明，ZEB1 在巨噬细胞介导的对 LPS 的炎症反应和免疫抑制反应中起着相反的作用。

　　为了确定 ZEB1 发挥作用的机制，研究人员对这些小鼠腹膜巨噬细胞进行RNA测序分析，结果发现，在 LPS 条件下，Zeb1∆M 巨噬细胞表达的炎症基因（如 Il1a、Il6、Nfkb1）水平低于 Zeb1WT 巨噬细胞。在 LPS + LPS 条件下，两种基因型的巨噬细胞中炎症基因的表达相似，然而，Zeb1∆M 巨噬细胞在抗炎和稳态基因（如Il4、Retnlg）的表达上低于 Zeb1WT 巨噬细胞。这些发现表明，ZEB1在炎症的诱导和消除阶段发挥双重作用，ZEB1似乎通过在急性炎症期间上调炎症基因和在免疫抑制期间上调稳态基因来调节巨噬细胞的可塑性。

　　RNA测序分析发现，经LPS处理的Zeb1WT巨噬细胞与Zeb1∆M巨噬细胞相比，线粒体 DNA（mtDNA）编码基因的表达更高。此外，与Zeb1∆M巨噬细胞相比，Zeb1WT巨噬细胞中，IL6的诱导更高，同时TOMM20（一种核DNA编码的线粒体蛋白，线粒体含量的代理指标）也上调。对线粒体含量评估发现，接受LPS+LPS处理的巨噬细胞显示出比单次LPS或PBS处理的巨噬细胞更低的线粒体含量。脓毒症患者在72小时时免疫抑制的外周血单核细胞（PBMC）与0小时时或健康捐赠者的PBMC相比，线粒体含量也有类似的减少。

　　这些结果促使研究人员猜想线粒体含量的改变是否会导致小鼠体内免疫抑制。于是，研究人员通过透射电子显微镜（TEM）分析了巨噬细胞的超微结构，结果发现，经LPS处理3小时的Zeb1∆M巨噬细胞中的线粒体数量少于Zeb1WT巨噬细胞。然而，在LPS+LPS处理下，Zeb1∆M巨噬细胞的线粒体数量比Zeb1WT巨噬细胞多。这些结果支持了ZEB1在炎症和免疫抑制状态下以相反方向调节线粒体含量的假设。

　　炎症过程中，受损线粒体的积累增加了ROS的产生并激活炎症小体信号传导，突出了线粒体自噬作为一种重要的抗炎自限机制的重要性。与Zeb1WT相比，特别是在LPS条件下，Zeb1∆M巨噬细胞表达较低水平的自噬/线粒体自噬相关基因（如Sqstm1、Tbc1d17、Rab9、Cisd2）和较高水平的抗自噬/自噬基因（如Usp30）。在LPS处理后，Zeb1WT巨噬细胞表现出更高的p62（Sqstm1）表达和自噬活动，而Zeb1∆M巨噬细胞则表现出较弱的这些反应。接下来，研究用TEM检查了经单剂量LPS处理的两种基因型的巨噬细胞的自噬迹象。与Zeb1∆M巨噬细胞相比，Zeb1WT巨噬细胞表现出更多的自溶体，其中含有细胞质，包括线粒体，表明受损的线粒体正在进行线粒体自噬。这些数据表明，在急性炎症的背景下，ZEB1可促进自噬。上述数据提示，LPS + LPS 条件下巨噬细胞中线粒体的减少是其免疫反应受损的原因

　　接下来，研究人员研究了二甲双胍的作用。研究人员假设二甲双胍的抗炎作用与LPS+LPS条件下巨噬细胞中观察到的免疫抑制相似。为了验证这一假设，研究人员研究了二甲双胍在体内和体外对LPS反应中的作用。正如预期的那样，二甲双胍逆转了LPS诱导的人和小鼠巨噬细胞中IL6的上调。在人类巨噬细胞中，在LPS之前用二甲双胍预处理导致ZEB1上调和MT-CO1表达降低。为了确定ZEB1是否会调节二甲双胍在炎症和免疫抑制期间对巨噬细胞整体代谢状况的影响，研究人员对Zeb1WT和Zeb1∆M巨噬细胞进行了下图a所示的处理，并通过海马细胞代谢通量分析评估了它们的耗氧率（OCR）。结果发现，在LPS处理前用二甲双胍预处理Zeb1WT巨噬细胞会导致基础OCR和备用呼吸能力降低到与使用LPS+LPS处理的巨噬细胞相当的水平。此外，二甲双胍不会改变Zeb1∆M巨噬细胞的OCR，这表明二甲双胍对OCR的代谢作用需要ZEB1的存在。

　　为了检验二甲双胍的抗炎作用是否也依赖于 ZEB1，研究人员通过IL6 表达评估它们的炎症状态。正如预期的那样，单独使用二甲双胍对Zeb1WT和Zeb1∆M巨噬细胞的IL6 mRNA水平没有影响，然而，二甲双胍预处理减少了LPS对Zeb1WT巨噬细胞中IL6的诱导，但对LPS处理的Zeb1∆M巨噬细胞没有影响。此外，通过测量两种基因型小鼠的血清IL6水平发现，与Zeb1∆M小鼠相比，Zeb1WT小鼠对LPS的反应显示出更高水平的IL6。二甲双胍在Zeb1WT小鼠中有效抑制LPS诱导的IL6上调，而在Zeb1∆M小鼠中未观察到显著作用。这些发现表明，二甲双胍在巨噬细胞中的抗炎作用依赖于ZEB1，并且至少部分由ZEB1介导。

　　有趣的是，在Zeb1WT巨噬细胞的特异性基因特征中，二甲双胍增加了与抗炎反应相关的基因（如Arg1、Mrc1、Il4）和与诱导耐受相关的基因注释（如Acod1）、线粒体去极化的正向调节（如Tspo）、伤口愈合、金属蛋白酶活性（如Timp1、Cldn1）、活性氧（ROS）代谢过程（如Sod2）相关的基因注释。反过来，在Zeb1∆M巨噬细胞的特异性特征中，二甲双胍调节的基因与SSUrRNA（如Wdr3）的成熟特征相关。这些发现表明，二甲双胍的抗炎效应在巨噬细胞中至少部分地通过ZEB1介导，并可能与调节线粒体功能有关。

　　研究人员还发现，与Zeb1∆M巨噬细胞相比，Zeb1WT巨噬细胞在急性炎症期间的ATP水平较低，线粒体生成的ATP减少，导致膜电位（ΔΨm）增加，从而产生更多的ROS。相反，用二甲双胍预处理或暴露于LPS+LPS会产生相反的效果。二甲双胍预处理降低了Zeb1WT巨噬细胞的线粒体含量、ΔΨm和ROS水平，而在Zeb1∆M巨噬细胞中没有观察到这种降低。这些发现强调了Zeb1和ROS在急性炎症和免疫抑制过程中的重要性。研究人员发现，二甲双胍预处理导致炎症性人类巨噬细胞（LPS）中磷酸化p65（P-p65）和MT-CO1蛋白表达降低到与免疫抑制人类巨噬细胞（LPS+LPS）中的水平相当。RNAseq数据分析表明，与Zeb1WT巨噬细胞相比，经LPS处理的Zeb1∆M巨噬细胞与“线粒体翻译的正向调节”相关的特征表达量更高。为了探索ZEB1在LPS处理下参与巨噬细胞线粒体翻译的可能性，研究人员检测了L-高丙基甘氨酸（HPG）的掺入和追踪。（HPG是蛋氨酸的类似物，可以量化新合成的蛋白质。）虽然在基础条件下，Zeb1WT和Zeb1∆M巨噬细胞的线粒体蛋白合成没有差异，但用LPS或LPS+LPS处理两种基因型的小鼠时，与Zeb1WT巨噬细胞相比，Zeb1∆M巨噬细胞的线粒体翻译更高。这些发现表明，在急性炎症和免疫抑制期间，ZEB1通过影响线粒体翻译来调节巨噬细胞的反应。

　　ZEB1在调节急性炎症和免疫抑制中的作用和作用机制是否与慢性自身免疫性炎症一致？为此，研究人员研究了银屑病（一种全身性炎症性疾病），探讨了多西环素（doxycycline）抑制线粒体翻译是否不仅对急性炎症有抗炎作用，而且对慢性炎症也有抗炎作用。实验证实，多西环素在减轻全身炎症方面表现出更大的效力。多西环素增加了ZEB1的表达，同时降低了MT-CO1蛋白水平。随后研究人员研究了二甲双胍在急性炎症中的抗炎作用是否也依赖于 ZEB1。咪喹莫特（IMQ）处理导致 Zeb1WT 小鼠耳部切片中 Zeb1 表达减少，与 Zeb1WT 小鼠相比，Zeb1∆M 小鼠耳部出现更多红斑和表皮增厚。在使用IMQ之前用二甲双胍预处理小鼠，可减少 Zeb1WT 小鼠的皮肤大面积病变、组织学棘皮病和巨噬细胞浸润，而对 Zeb1∆M 小鼠则没有影响。这些发现进一步证实了二甲双胍的抗炎作用依赖于巨噬细胞中 ZEB1 的表达。这一研究结果突显了ZEB1在免疫反应和药物治疗中的重要性，为了更好地理解和治疗炎症相关的疾病提供了重要的见解。

　　研究的最后，研究人员试图进一步研究「ZEB1 通过抑制线粒体翻译调节巨噬细胞的炎症和免疫抑制反应」潜在的分子机制。从机制上讲，在免疫抑制过程中，ZEB1抑制氨基酸摄取，导致mTORC1信号下调和巨噬细胞线粒体翻译减少。

　　在这项研究中，研究人员发现ZEB1的表达是巨噬细胞炎症和免疫抑制表型所必需的，在这两个阶段发挥相反的作用。此外，研究人员还发现二甲双胍在脓毒症和银屑病模型中的抗炎和ROS抑制作用取决于巨噬细胞中ZEB1的表达。使用骨髓细胞中缺乏Zeb1的小鼠，以及来自人类患者和败血症和银屑病小鼠模型的样本，研究人员发现Zeb1在炎症和免疫抑制中的不同作用是通过抑制氨基酸转运、线粒体蛋白翻译和含量以及诱导自噬介导的。该研究的结果表明，二甲双胍预处理在炎症巨噬细胞中诱导免疫抑制样状态，并且ZEB1是抑制免疫抑制巨噬细胞中线粒体翻译所必需的。ZEB1通过降低巨噬细胞中的氨基酸水平和消耗来限制急性和慢性炎症，从而抑制mTORC1信号传导和线粒体翻译。总之，这些结果确定了一种调节巨噬细胞代谢可塑性的机制，为调节败血症和自身免疫性疾病中失调的炎症和免疫抑制提供了一个潜在的靶点。

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