?Nature子刊：上海市東方醫院王飛龍團隊揭示經典激活巨噬細胞的代謝適應性

巨噬細胞是天然免疫系統的重要組成部分，在機體抵御外來病原菌的入侵以及清除腫瘤細胞、自身衰老細胞等方面發揮著關鍵的作用。近年來，大量研究發現，細胞內的特定代謝通路和產物對于免疫細胞的激活和分化起著重要的調控作用，免疫代謝（immunometabolism）也被認為是近20年免疫生物學領域的最重要的進展之一。其中，迅速增加的有氧糖酵解是經典激活巨噬細胞（M1型）最顯著的代謝特征之一，但是此代謝重編程如何影響M1型巨噬細胞的功能尚不清楚。

在之前的研究中，來自德國波恩大學的著名免疫學家 Eicke Latz 團隊在 Immunity 發文報道，使用線粒體丙酮酸轉運體（MPC）抑制劑UK5099阻斷糖酵解代謝產物丙酮酸進入線粒體后，M1型巨噬細胞多種促炎細胞因子的生成水平均顯著降低。此外，康奈爾醫學院 Kyung-Hyun Park-Min 團隊和盧森堡大學 Karsten Hiller 團隊也分別發現這一現象，即UK5099可顯著抑制LPS誘導的巨噬細胞促炎因子的生成。

因此，這些研究團隊認為葡萄糖通過糖酵解生成丙酮酸并進入線粒體的代謝通路對于M1型巨噬細胞的激活至關重要，機制上認為丙酮酸進入三羧酸循環后通過生成檸檬酸來增加細胞質中的乙酰輔酶a水平和組蛋白乙酰化修飾，進而促進M1型巨噬細胞促炎細胞因子的轉錄。

2023年5月15日，上海市東方醫院（同濟大學附屬東方醫院）呼吸與危重癥醫學科王飛龍課題組聯合美國梅奧醫學中心 Joerg Herrmann 團隊，在 Nature Metabolism 期刊發表了題為：Mitochondrial pyruvate carrier-mediated metabolism is dispensable for the classical activation of macrophages 的研究論文。

該研究利用髓系細胞特異性基因敲除的小鼠模型，發現線粒體丙酮酸轉運體（MPC）介導的代謝通路對于M1型巨噬細胞的激活并無顯著影響，而數十年來被代謝領域廣泛使用的MPC抑制劑UK5099存在脫靶效應。

研究團隊首先評估了不同濃度的UK5099對于內毒素（LPS）誘導的巨噬細胞促炎因子生成水平以及MPC活性的影響。通過采用穩定同位素示蹤技術，研究團隊發現UK5099在2-5μM即達到對MPC的最大抑制能力，但是其在25 μM及以上才能夠顯著抑制促炎細胞因子的生成。進一步研究發現，高濃度UK5099顯著抑制了巨噬細胞氧化磷酸化水平以及膜電位，并降低了缺氧誘導因子1α（HIF-1α）的穩定性，但低濃度UK5099并無上述效應。因此，研究團隊推測，UK5099的抗炎作用可能獨立于其對于MPC的抑制效應。

為了進一步檢驗這一假說，研究團隊構建了髓系細胞特異性敲除Mpc1的小鼠模型，發現敲除Mpc1阻斷了葡萄糖和丙酮酸進入三羧酸循環，并不影響M1型巨噬細胞的代謝重編程以及細胞內ATP的水平，亦不影響組蛋白乙酰化和促炎細胞因子的轉錄和表達。但是，高濃度UK5099不僅在對照組巨噬細胞上（Mpc1fl/fl）抑制了多種促炎細胞因子的生成，在缺乏MPC表達的巨噬細胞（Mpc1ΔLysM）上同樣觀察到了此現象。轉錄組測序結果也顯示，UK5099改變的基因在對照和缺乏MPC表達的巨噬細胞上有著極大的重疊。此外，高濃度UK5099在Mpc1fl/fl和Mpc1ΔLysM巨噬細胞上均顯著抑制了氧化磷酸化的水平，并降低了缺氧誘導因子1α（HIF-1α）的穩定性。因此，上述結果表明MPC介導的代謝通路并不影響M1型巨噬細胞的激活，而UK5099存在著脫靶效應。

巨噬細胞具有很強的代謝適應性，研究人員發現在缺失MPC情況下，M1型巨噬細胞消耗了更多的谷氨酰胺來補充三羧酸循環，維持正常的氧化磷酸化水平。為了進一步檢驗急性敲除MPC是否能夠影響M1型巨噬細胞組蛋白乙酰化和促炎細胞因子的產生，研究團隊構建了髓系細胞MPC誘導敲除的小鼠模型（Mpc1ΔLysM-ERT），發現Tamoxifen誘導的急性MPC缺失也不影響LPS誘導的巨噬細胞組蛋白乙酰化和促炎細胞因子的生成，而高濃度的UK5099在Mpc1fl/fl和Mpc1ΔLysM-ERT巨噬細胞上均顯著抑制了這些細胞因子的產生。這些結果進一步證實了本研究的結論。

綜上，該研究挑戰了之前關于MPC介導的代謝通路促進經典激活巨噬細胞功能的觀點，并揭示了UK5099這一廣泛使用的MPC抑制劑存在脫靶效應。研究團隊將在今后的工作中進一步深入的評估不同亞型巨噬細胞分化過程中組蛋白修飾與代謝通路的內在聯系，并力爭闡明UK5099的其它作用靶點。

同濟大學醫學院2020級博士生冉林玉和梅奧醫學中心Song Zhang為論文共同第一作者，王飛龍教授和Joerg Herrmann教授為論文共同通訊作者。