《Cellular Signalling》：NFAT5 in alveolar macrophages exacerbates seawater-induced acute lung injury via PFKP-driven glycolysis
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Xinxin Wang|Xian Guo|Yifeng Wang|Yongheng Gao|Lin Wang|Yanfeng Fang|Fuguo Gao|Fangrun Yuan|Boyang Gao|Yan Li|Le Yang|Faguang Jin中国陕西省西安市第四军医
Xinxin Wang|Xian Guo|Yifeng Wang|Yongheng Gao|Lin Wang|Yanfeng Fang|Fuguo Gao|Fangrun Yuan|Boyang Gao|Yan Li|Le Yang|Faguang Jin
中国陕西省西安市第四军医大学唐都医院肺与危重病医学科
摘要
海水引起的急性肺损伤与其他形式的急性肺损伤具有相似的病理特征，死亡率较高；不过它也有独特之处，尤其是持续的低氧血症。最初被认定为浓度响应性增强子结合蛋白的活化T细胞核因子5（NFAT5），现已被证实是炎症反应的关键调节因子。然而，其在高渗海水引起的急性肺损伤中在肺泡巨噬细胞内的具体功能仍不明确。本研究建立了海水诱导的急性肺损伤小鼠模型，发现肺巨噬细胞中的NFAT5表达显著升高。Siglec1特异性NFAT5基因敲除可有效减轻海水引起的肺损伤。从机制上来看，NFAT5可直接与肺泡巨噬细胞中磷酸果糖激酶血小板型（PFKP）的启动子区域结合，从而增强其转录活性。NFAT5基因敲除会导致PFKP表达下降，进而抑制糖酵解过程，这不仅减少了M1型巨噬细胞的极化，还促进了M2型巨噬细胞的极化，最终降低了炎症因子的释放。进一步的体外和体内实验表明，PFKP过表达可通过恢复糖酵解活性来抵消Siglec1特异性NFAT5基因敲除在海水诱导的急性肺损伤中的保护作用。总体而言，这些研究结果表明，肺泡巨噬细胞中的NFAT5-PFKP信号轴通过糖酵解重编程调控巨噬细胞极化及炎症反应，在海水引起的急性肺损伤中起着关键的致病作用。这些发现有助于深入理解此前被认为在炎症反应中作用不大的肺泡巨噬细胞能量代谢机制，同时为治疗海水引起的急性肺损伤提供了新的潜在靶点。
引言
溺水是指因浸入液体而导致呼吸功能障碍，是全球范围内非故意伤害致死的主要原因之一[1]。海水是溺水最常发生的环境[2]、[3]。尽管在预防方面已有所进展，但对于溺水后重症患者的救治手段仍然极为有限。对于重症溺水患者，高级生命支持仍是主要的干预措施[4]、[5]、[6]。然而，目前的生命支持指南大多基于急性呼吸窘迫综合征（ARDS）的指导原则制定[7]，可能无法充分应对海水溺水的特殊病理机制。因此，这类疾病的死亡率依然较低，而且目前也没有针对重症患者的特定药物治疗方案[8]、[9]。
海水引起的急性肺损伤与由败血症、胃内容物反流、多发性创伤以及细菌性肺炎引起的急性肺损伤具有某些相似的病理特征，但其特点是会在反流后迅速出现持续的低氧血症、酸中毒和高碳酸血症。海水的过高渗透压会导致液体从肺泡毛细血管渗入肺泡腔，破坏肺泡-毛细血管膜，使肺表面活性物质失去作用，增加血管通透性，加剧肺内分流，进而引发非心源性肺水肿，最终导致急性呼吸窘迫综合征。不过，这些过程的潜在分子机制仍然十分复杂且尚未明确，目前相关机制研究也相对较少[10]。
NFAT5，也被称为浓度响应性增强子结合蛋白或渗透压响应元件结合蛋白，最初被认定为调控细胞适应高渗应激的关键转录因子，在包括巨噬细胞在内的多种免疫细胞中均有高表达。除了高渗刺激外，其表达和活性还会受到炎症信号、缺氧、代谢应激、缺血以及RNA损伤的影响。在急性炎症反应中，NFAT5会表现出依赖具体环境的双重作用，既可作为保护性因子，也可作为致病因子[11]。近期研究显示，NFAT5在急性肺损伤中主要起致病作用，可调控COVID-19感染过程中的炎症介质和细胞因子风暴[12]。在严重急性胰腺炎相关的急性肺损伤中，CDK5介导的NFAT5激活会进一步损害肺微血管内皮细胞[13]。Baoyin等人的研究表明，USP30可通过抑制miR-30a-5p来提高NFAT5的表达，进而导致内皮功能障碍，加重LPS诱发的急性肺损伤[14]。先前的研究已经证实，海水反流会在大鼠肺部转录和翻译层面提升NFAT5的表达，初步的细胞实验也表明，肺泡巨噬细胞中的NFAT5可通过调控NF-κB通路来促进促炎细胞因子的分泌。不过，NFAT5在海水引起的急性肺损伤中的体内功能及其分子机制至今仍未被探索清楚。
磷酸果糖激酶血小板型（PFKP）是哺乳动物磷酸果糖激酶-1的三种亚型之一，而磷酸果糖激酶-1则是糖酵解过程中的关键限速酶，它在免疫细胞中含量较高。在实验性自身免疫性前列腺炎的小鼠模型中，依赖PFKP的糖酵解代谢会促进M1型巨噬细胞的极化，进而引发前列腺上皮细胞的焦亡反应[15]。相反，急性乙醇暴露会抑制巨噬细胞的糖酵解功能，降低其清除病原体的能力，这一现象也与PFKP水平下降有关[16]。目前，PFKP在海水引起的急性肺损伤中调节肺泡巨噬细胞糖酵解的作用仍不清楚。鉴于NFAT5对脓毒症小鼠巨噬细胞的糖酵解激活至关重要[17]，它很可能通过调控PFKP相关的糖酵解过程在海水引起的急性肺损伤中发挥作用。
本研究旨在阐明海水诱导的急性肺损伤小鼠模型中肺泡巨噬细胞来源的NFAT5所起的作用，并探讨PFKP驱动的糖酵解代谢作为其潜在的机制。
章节节选
小鼠
野生型（WT）C57BL/6?J雄性小鼠（8–10周龄）购自中国陕西省西安市的第四军医大学，实验开始前这些小鼠已被驯养一周。它们被随机分为八组，每组小鼠的体重相近：一组为正常对照组，另外七组为海水诱导的急性肺损伤模型组，这些小鼠分别在建模后0.5小时、1小时、3小时、6小时、12小时、24小时以及48小时时被处死。
Siglec1-Cre小鼠（编号NM-KI-215032）购自上海模式生物中心，
小鼠海水诱导的急性肺损伤具有独特的时间性炎症特征
为了研究小鼠模型中海水诱导的肺损伤的特征，野生型小鼠被通过气管灌输海水，然后在灌输后0小时、0.5小时、1小时、3小时、6小时、12小时、24小时以及48小时时被处死。对肺组织切片进行H&E染色（见图1B）后发现，0.5到1小时内肺泡腔及其壁出现明显肿胀，而肺的整体结构仍然保持完整。在肺泡腔内可观察到散在的红细胞和蛋白质碎片，这一现象在1小时时达到峰值。这
讨论
在本研究中，我们建立了由海水溺水引发的急性肺损伤小鼠模型，该模型能够较好地模拟海水灌输后肺部的病理变化。通过这一模型，我们发现Siglec1特异性NFAT5基因敲除可通过抑制糖酵解来显著减轻海水引起的肺部炎症，这一结果打破了此前认为肺泡巨噬细胞的糖酵解活性较低、在促炎反应中作用较小的观点
结论
综上所述，我们的研究结果表明NFAT5-PFKP信号轴是调控肺泡巨噬细胞糖酵解重编程的关键因素，它通过影响巨噬细胞极化以及炎症细胞因子的释放来调控海水诱导的急性肺损伤。这项研究为了解肺泡巨噬细胞的免疫代谢功能提供了新的见解，提示针对这一信号轴进行治疗可能是治疗海水溺水的一种有效策略。
CRediT作者贡献说明
Xinxin Wang：撰写——初稿、方法学、研究实施、数据整理。Xian Guo：监督、方法学、研究实施、资金获取。Yifeng Wang：方法学、研究实施。Yongheng Gao：撰写——审阅与编辑、研究实施。Lin Wang：研究实施。Yanfeng Fang：研究实施。Fuguo Gao：研究实施。Fangrun Yuan：研究实施。Boyang Gao：研究实施。Yan Li：研究实施。Le Yang：撰写——审阅与编辑、监督、数据整理、概念设计。
伦理审批与参与同意
所有实验操作均遵循美国国立卫生研究院关于实验室动物护理与使用的指南，并已获得中国陕西省第四军医大学伦理委员会的批准（批准编号为20250088）。
资金支持
本研究得到了中国国家自然科学基金（项目编号82270084）以及陕西省重点研发计划（项目编号2022SF-276）的支持。
利益冲突声明
作者声明自己不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益关系或个人关系。
