Nature快讯 | 抗炎小能手！揭秘糖皮质激素改变细胞能量代谢抑制炎症的机制！

骨髓来源巨噬细胞（BMDM）、胎儿肝源性巨噬细胞 （FLDM）、肺损伤小鼠模型、关节炎小鼠模型、哮喘小鼠模型

为了研究GC在先天免疫系统中的抗炎作用，研究者对不同处理的BMDM进行RNA-seq，发现GC对LPS诱导的促炎基因具有时间依赖性抑制作用。通路富集表明，除炎症通路外，GC还调节LPS激活的多项代谢通路。

细胞代谢和炎症反应之间是相互影响的，但目前对GC调节巨噬细胞代谢和炎症反应的机制知之甚少。因此，研究团队对GC在巨噬细胞中的代谢作用进行了深入表征。细胞外代谢通量分析表明，GC处理逆转了LPS诱导的线粒体呼吸阻滞，同时干扰了LPS诱导的有氧糖酵解过程。而丙酮酸线粒体运输抑制剂的使用，消除了GC对巨噬细胞代谢的影响，证明GC诱导的生物能量开关需要将葡萄糖衍生的丙酮酸输入到线粒体中。

随后，研究团队以C¹³标记的葡萄糖为底物，使用代谢流技术进一步证实了上述结果。GC显著地重定向了促炎巨噬细胞的葡萄糖代谢，具体表现为乳酸产率降低和TCA相关循环代谢物（包括衣康酸）产率升高。

先前认为，GC与细胞质GC受体（GR）的结合导致其核易位并与特定反应元件结合，其中GR充当配体激活的转录因子并驱动其靶基因的表达。然而，这种GR介导的转录“反式激活”并不能解释GC在先天免疫系统中发挥的全谱抗炎作用。针对这一方向，研究团队对巨噬细胞的GR核定位序列进行突变，发现GC处理依然逆转了LPS诱导的线粒体呼吸阻滞和线粒体膜电位。这些结果表明GC诱导的LPS激活巨噬细胞的代谢重编程不依赖于GR相关的基因调节。

丙酮酸脱氢酶（PDH）和丙酮酸羧化酶（PC）酶活性的增加是GC诱导代谢重编程的核心，且与GR相关基因调节无关。免疫共沉淀和邻近连接试验证实了GR和PDH之间的相互作用。并且GC处理导致GR和PDH之间的相互作用减少，与PHDX亚基E3结合蛋白（E3BP）易位到线粒体中，以及PDH和PC活性的增加同时进行。这些数据证明，GC处理增加了LPS激活后巨噬细胞线粒体PHD和PC的酶活性，引发了线粒体丙酮酸消耗。并且这种代谢重编程的改变不依赖于GR相关的基因调节。

接下来，作者研究了这种GC诱导的代谢重编程是否与其抗炎作用有关。氧气剥夺实验发现，低氧环境消除了GC对促炎细胞因子的抑制作用；缺氧诱导因子（HIF-1α）稳定性干预实验发现，高表达的HIF-1α同样抑制了GC的抗炎作用。总之，这些数据证明了，GC诱导的线粒体丙酮酸代谢的增加以及随之而来的促炎巨噬细胞中TCA循环活性的提升与GC诱导的抗炎作用有关。

之前研究已经证明，TCA循环代谢物可作为真核基因表达和炎症反应的有效调节因子。基于此，研究团队利用代谢组学，分析了TCA循环相关物质的含量变化。观察到，多种TCA循环代谢物在LPS刺激后在促炎巨噬细胞中发生有氧糖酵解后堆积，并被GC处理逆转。然而，胞内外的衣康酸浓度在GC处理24h后显著增加。

衣康酸的产生由乌头酸脱羧酶1（ACOD1）催化，该酶由Acod1编码，是巨噬细胞中最突出的LPS 诱导基因之一。实验证明，GC不诱导ACOD1表达，也不改变LPS诱导的该酶的表达。此外观察到， GC处理并不直接增加衣康酸，而是在24小时响应LPS时显着增加衣康酸盐的产生，这与GC调节LPS激活的巨噬细胞中TCA循环活性的增加一致。这些结果表明，GC不是通过影响ACOD1表达来促进衣康酸的产生，而是通过维持LPS激活的巨噬细胞中TCA循环衍生的ACOD1底物乌头酸盐的提供来促进衣康酸盐的产生。

为了研究衣康酸的抗炎的潜在作用，研究团队构建了Acod1^−/−的巨噬细胞。发现，没有ACOD1的情况下，GC阻断这些促炎细胞因子产生的能力显着降低，而衣康酸衍生物可模拟GC的作用，降低促炎因子的表达。此外，WT Acod1和Acod1^−/−巨噬细胞的RNA-seq表明，ACOD1的表达是GC逆转LPS诱导的促炎基因所必需的。基于以上结果，研究团队证明衣康酸是体外GC介导抗炎作用的所必需的。

为了验证衣康酸及上游催化蛋白ACOD1在体内对GC治疗的重要性，研究团队先后构建了野生型和Acod1缺陷型小鼠的肺损伤模型、关节炎模型和哮喘模型。结果正如预期，模型鼠表现除了应有的炎症表型，GC治疗能扭转这些炎症。而相比于野生型鼠，Acod1缺陷型小鼠在GC的治疗中没有获得任何益处。这证实了衣康酸的产生/ACOD1的活性对于GC诱导的体内抗炎作用至关重要。