《Cellular Immunology》：MPC1 regulates endotoxin tolerance of macrophages through mitochondrial oxidative stress resistance
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内毒素耐受通过MPC1介导的线粒体氧化应激抵抗调节，过表达MPC1抑制mtROS/SIRT3/SOD2通路活性，削弱内毒素二次刺激下的抗炎能力，为脓毒症治疗提供新靶点。
刘艳|齐峰|曾宏瑞|黄丹丹|张文峰|张一帆|龚建平|向伦建|易竹君
中国重庆三峡医院肝胆外科
摘要
越来越多的证据表明内毒素耐受性在调节败血症中起着关键作用，但其潜在机制仍不明确。本文提供了证据，支持线粒体丙酮酸载体1（MPC1）介导的线粒体氧化应激抗性在巨噬细胞内毒素耐受性调节中的新作用。我们在体外和体内的败血症模型中观察到巨噬细胞中MPC1的表达减少，而LPS耐受性巨噬细胞则表现出MPC1水平升高。MPC1的过表达显著降低了LPS诱导的炎症反应和氧化应激，表明其具有抗炎特性。有趣的是，我们发现MPC1的过表达并未促进巨噬细胞的内毒素耐受性。此外，MPC1的过表达抑制了由线粒体活性氧（mtROS）介导的线粒体氧化应激抗性，从而削弱了巨噬细胞对LPS二次刺激的抵抗力，进而抑制了内毒素耐受性。尽管mtROS通常作为促炎介质，但我们的研究结果表明，通过SIRT3/SOD2途径调节的mtROS对于MPC1控制线粒体氧化应激抗性和内毒素耐受性至关重要。总体而言，这些发现揭示了MPC1调节炎症和诱导内毒素耐受性的新机制，强调了针对MPC1治疗败血症的潜力。
引言
败血症是一种由免疫细胞介导的全身性炎症反应综合征，其特征是多器官衰竭、宿主先天免疫失调以及对感染的炎症反应[1]。高浓度的脂多糖（LPS）在败血症早期引发强烈的免疫反应，而在后期则导致免疫系统和免疫细胞的“麻痹”，从而增加患者的死亡率[2]，[3]。内毒素耐受性是指机体或免疫细胞在初次接受低剂量LPS刺激后，对高剂量或致死剂量LPS的反应减弱或消失的现象[4]。虽然巨噬细胞的内毒素耐受性对于防止败血症中的过度炎症反应至关重要[5]，但它也是败血症进展中的“双刃剑”。虽然内毒素耐受性在败血症早期可以减少组织炎症损伤[5]，但在后期具有持续内毒素耐受性的个体死亡率会增加[6]，[7]。因此，这些效应背后的机制需要进一步研究。
巨噬细胞中的炎症反应和内毒素耐受性与线粒体功能密切相关。例如，在体外和体内的内毒素耐受性模型中，抑制Drp1/Fis1依赖的线粒体碎片化可以增强巨噬细胞功能和免疫反应。这至少部分是通过减少受损细胞外线粒体的释放来实现的，从而有助于内毒素的交叉耐受[8]。先前的研究表明，TEPP-46（一种小分子激活剂）诱导的PKM2四聚体的形成通过增强线粒体生物发生来促进巨噬细胞的内毒素耐受性[9]。线粒体生物发生是线粒体适应连续应激的过程[10]，它为线粒体和细胞提供保护[11]。除了调节衰老和癌症等生理和病理过程[12]，[13]外，线粒体适应还调节巨噬细胞的免疫耐受性[14]。然而，线粒体氧化应激抗性（线粒体适应的另一个方面）在管理败血症和内毒素耐受性中的作用仍不清楚。线粒体氧化应激抗性是指线粒体在轻度氧化应激刺激后对氧化应激再刺激的适应。这是一种重要的内源性机制，可以限制线粒体因氧化应激刺激而过度激活，并表现为在再次受到氧化应激刺激时产生的线粒体活性氧（mtROS）减少[14]。ROS是一种重要的促炎介质，主要通过线粒体通透性转换孔（mPTP）由mtROS运输到细胞质中，使mtROS成为促炎介质[15]。然而，最近的研究表明，低浓度的mtROS也具有抗炎和抗氧化特性[14]，这可能抑制线粒体对外源性氧化剂的氧化应激反应，从而减少炎症反应[14]。
线粒体丙酮酸载体（MPC）是一种位于线粒体膜上的蛋白质，主要负责将丙酮酸从细胞质运输到线粒体进行代谢[16]。MPC由两个亚基组成：MPC1和MPC2[17]。MPC1在多种癌组织中异常表达，通过增加下游癌基因的转录来促进肿瘤细胞的生长和转移[18]，[19]。早期胸腺细胞中MPC1的丢失可促进T细胞的发育。特别是，在CD4+ T细胞中敲除MPC1可以促进炎症因子干扰素（IFN）-γ和白细胞介素（IL）-17A的表达，并在小鼠中诱发自身免疫性脑脊髓炎[20]。这些发现表明MPC1是炎症和免疫反应的重要调节因子。然而，MPC1与内毒素耐受性之间的关系及其在调节线粒体氧化应激抗性中的作用仍不清楚。
本研究探讨了MPC1在调节巨噬细胞败血症和内毒素耐受性中的分子机制。研究发现MPC1是败血症和巨噬细胞免疫耐受性的关键调节因子，在体内和体外的败血症模型中其表达均降低。有趣的是，尽管MPC1的过表达抑制了败血症的发展，但它并未诱导巨噬细胞的内毒素耐受性。这主要是因为MPC1的过表达通过SIRT3/SOD2轴抑制mtROS的产生，从而降低线粒体氧化应激抗性，最终抑制了巨噬细胞的内毒素耐受性。这些结果揭示了内毒素耐受性的新调节机制，并强调了MPC1作为治疗败血症介导的免疫抑制的新靶点的潜力。
试剂
使用了多种抗体的抗体，包括针对MPC1（Abcam，ab74871，1:1000；Cell Signaling，#14462，1:1000）、SIRT3（Cell Signaling，#5490，1:1000）、Ac-SOD2（Abcam，ab137037，1:2000）和β-actin（Boster，M01263–6，1:2000）。二次抗体包括抗小鼠IgG（Abbkine，A23010，1:5000）和抗兔IgG（Abbkine，A21020，1:10,000）。细胞培养试剂包括1640培养基（Hyclone，SH30809.01B）、磷酸盐缓冲盐水（PBS）（Boster，AR0192）和胎牛...
MPC1在败血症模型中被抑制，在内毒素耐受性模型中被促进
线粒体丙酮酸载体1（MPC1）是一种关键的代谢蛋白，负责将丙酮酸运输到线粒体内膜[23]。研究表明MPC1与急性炎症的发展密切相关[14]。然而，MPC1在调节巨噬细胞败血症和内毒素耐受性中的作用尚不清楚。为了研究MPC1在LPS介导的败血症中的调节作用，我们用LPS处理RAW264.7细胞以建立巨噬细胞模型...
讨论
败血症仍然是全球范围内的重大公共卫生问题，每年有近5000万新病例，导致约1000万人死亡，占全球死亡人数的约20%[37]。巨噬细胞的内毒素耐受性已被证明对调节败血症的进展非常重要[38]。在急性炎症反应阶段，内毒素耐受性作为一种关键的调节机制，可以防止组织因过度炎症反应而受损...
结论
总之，我们探讨了MPC1调节巨噬细胞炎症和内毒素耐受性的新机制。在低剂量和高剂量LPS的序贯处理下，MPC1的表达增加，从而抑制了SIRT3的表达。通过促进SOD2的乙酰化水平并抑制SOD2的活性，促进了mROS的产生，最终通过增强线粒体氧化应激抗性诱导了巨噬细胞的内毒素耐受性...
CRediT作者贡献声明
刘艳：撰写——原始草稿、方法学、数据整理。齐峰：撰写——原始草稿、方法学、数据整理。曾宏瑞：数据可视化、验证。黄丹丹：数据验证。张文峰：数据验证、资金获取。张一帆：方法学。龚建平：撰写——原始草稿、概念构思。向伦建：撰写——审稿与编辑、撰写——原始草稿、概念构思。易竹君：撰写——审稿与编辑、数据可视化、验证。
伦理批准
该动物研究已获得重庆三峡医院研究伦理委员会的审查和批准。
资助
国家自然科学基金（82302430，82173117）；重庆三峡医院重点基础项目（2022YJKYXM-002）；万州区“博士进列车”项目（wzstc-20220126）；重庆三峡医院博士研究启动基金（2022YJKYXM-032）。
利益冲突声明
作者声明没有可能影响本文工作的财务利益或个人关系。
