HDAC3介导线粒体驱动的IL 1β依赖性炎症机制.docx

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1、巨噬细胞是先天免疫的关键调节因子，负责广泛的炎症调控过程，如微生物感染诱导的急性炎症和热量过量诱导的慢性炎症等。代谢途径和代谢物不仅为巨噬细胞的生长和存活提供能量和底物，而且对巨噬细胞的效应功能和极化具有指导作用。同时，巨噬细胞的激活与线粒体生物发生和氧化线粒体代谢关系较为紧密。巨噬细胞能够获得线粒体的适应性，并与之联系重塑免疫功能，但相关代谢信息和关键调节机制目前仍不清楚。研究人员揭示了组蛋白去乙酰化酶3(HDAC3)在巨噬细胞中通过非组蛋白去乙酰化调控I1.-IB生成的具体机制。HDAC3转位到线粒体去乙酰化和抑制线粒体脂肪酸氧化关键酶HADHA,并作为一个控制节点，调控线粒体适应性和维持

2、其对I1.-IB依赖性炎症的适应之间平衡。研究速读1、HDAC3参与巨噬细胞炎症调控为了揭示HDAC3在炎症调控中的作用，研究人员构建了Hdac3条件敲除小鼠。脓毒症模型及肥胖诱发的2型糖尿病模型研究揭示HDAC3可能通过促进炎症小体依赖性caspase-1的激活促进1.PS和代谢应激诱导的体内炎症反应。进一步的研究指出HDAC3特异性地促进N1.RP3依赖的CaSPaSe-I成熟和I1.-I的产生；在I1.-IB成熟过程中，HDAC3对线粒体获得适应至关重要，SIM成像技术显示HDAC3通过转位到靠近线粒体膜端发挥作用。2、HDAC3去乙酰化HADHA并抑制其酶活为了寻找I1.-I生成过程中

3、HDAC3的潜在底物，研究人员采用TMT标记定量蛋白质组学方法对1.PS诱导的野生型和1.yZ2-cre-Hdac3ff小鼠的腹腔巨噬细胞进行了蛋白组学和乙酰化修饰组学研究，共鉴定到了3,622个特异性的乙酰化位点。Go分析表明，线粒体FAO多酶复合物和HADHA分别在“细胞组成”和“分子功能”模块显著富集。研究人员通过一系列的位点突变实验，最终确定HDAC3去乙酰化HADHA的K303位点，并证明这一位点的乙酰化修饰可以通过影响HADHA与底物的结合从而抑制其酶活性。A尽管一些研究己经将HDACs抑制剂与炎性疾病联系起来，但由于HDACs的更杂性，相应的精确靶点仍旧难以确定。此篇研究揭示HD

4、AC3炎症调控新机制，指出巨噬细胞炎症小体活化过程中，HDAC3转位到线粒体去乙酰化和灭活线粒体脂肪酸氧化关键酶HADHAo文章揭示HDAC3可以作为一个控制节点，在获得线粒体适应性和维持其对I1.-IB依赖性炎症的适应之间进行平衡。蛋白质组学的技术发展为HDAC3更多的潜在机制研究提供了保N1.RP3InflammasomeActivation组蛋白脱乙酰酶3与线粒体结合，通过调节脂肪酸氧化来驱动I1.-I依赖性炎症免疫细胞功能取决于线粒体控制的特定代谢程序，包括营养物氧化、大分子合成和翻译后修饰。线粒体适应与急性和慢性炎症有关，但代谢线索和精确机制仍不清楚。在此，我们揭示组蛋白脱乙酰酶3（

5、HDAC3）对于通过非组蛋白脱乙酰化塑造巨噬细胞中11.-I产生的线粒体适应至关重要。在体内，HDAC3通过增强N1.RP3依赖性caspase-1激活来促进脂多糖诱导的急性炎症和高脂饮食诱导的慢性炎症。HDAC3在受刺激的巨噬细胞和受外源脂肪酸支持的限制性脂肪酸氧化（FAO）中配置脂质谱，以使线粒体获得适应和去极化。HDAC3并没有影响核基因表达，而是转移到线粒体，使一种FAo酶（线粒体三功能酶亚基）脱乙酰化并使其失活。HDAC3可能作为一个控制节点，在获得线粒体适应和维持其对I1.-S依赖性炎症的适应性之间取得平衡。N1.RP3InflammasomeActivationHDAC3KOHD

6、AC3WTHealthyMitochondriafl-oxidationmtROSWmitomtoInfiammtoryCytokmereleaseCytokmereleaseFragmentedMitochondhaFissionoxidationmtROSMitochondrieAdaptationTN1.RP3inflammasomeactivationN1.RP3InflammaSOmeactivation实验结果1骨髓细胞中的HDAC3消除可改善急性和慢性Caspase-I依赖性炎症HDAC3在哺乳动物发育和生理学的许多方面都是必需的，但它对巨噬细胞介导的炎症的贡献在很大程度上尚不清

7、楚。先前的一项研究发现，作为表观基因组调节剂，HDAC3负责干扰素-P诱导第二波基因转录，但不负责体外1.PS刺激后炎症基因（如Illb和Tnf）的初始诱导。为了研究HDAC3对体内炎症的作用，作者生成了骨髓细胞中缺乏HDAC3的1.yz2-cre-Hdac3ff小鼠。使用两种体内急性和慢性炎症模型：1.PS诱导的脓毒症和饮食诱导的2型糖尿病（T2D）。在脓毒症模型中，作者发现1.yZ2-cre-Hdac30f小鼠的肿瘤坏死因子（TNF-a）的产生没有受到影响，但血清I1.-1和I1.-18的水平显着降低（图1A）。因为作者使用1.yz2-cre同窝仔猪，这表明这些影响不是由于溶菌酶M拷贝的差

8、异造成的。此外，巨噬细胞中HDAC3的消耗显着提高了接受1.PS攻击的小鼠的存活率（图lB）0鉴于炎症小体在I1.-l和I1.-I8的caspase-1依赖性成熟中的关键作用，作者进一步用基于caspase-1荧光活性的探针F1.lCA（FAM-YVAD-FMK）进行染色，发现caspase-1减少与对照小鼠相比，1.yz2-cre-Hdac3ff小鼠腹膜和脾脏巨噬细胞的激活（图IC）。在T2D模型中，作者给小鼠喂食高脂肪饮食（HFD）或正常饮食（ND）14周。1.yz2-cre-Hdac3ff小鼠在喂食时体重和葡萄糖耐量没有变化，但体重增加减少（图ID）和内脏肥胖（图IE）,葡萄糖耐量改善（

9、图1F）,并且降低与HFD条件下的对照组相比，胰岛素对血糖的反应（图1G）。此外，1.yz2-cre-Hdac30f的附睾脂肪基质血管成分（SVF）中CDllc+（Ml样）巨噬细胞的比例和CDllc+（Ml样）：CD206+（M2样）巨噬细胞的比例降低HFD条件下的小鼠（图IH和IDo鉴于caspase-1介导的I1.-IP和I1.-18产生在胰岛素抵抗和T2D进展中的关键作用，作者还注意到较低与对照组相比，HFD在1.yz2-cre-Hdac3ff小鼠的SVF中诱导caspase-1激活（图1J）,以及SVF中巨噬细胞的F1.ICA染色。总之，这些结果表明HDAC3可能通过促进炎症小体依赖性

10、CaSPaSe-I激活来支持1.PS和代谢应激诱导的体内炎症。实验结果2HDAC3特异性促进N1.RP3依赖性Caspase-I成熟和I1.-IP产生为了研究HDAC3是否有助于炎症小体的激活，作者用不同的激动剂处理1.PS引发的骨髓源性巨噬细胞（BMDM）o与对照小鼠相比，来自1.yz2-cre-Hdac317f小鼠的BMDM显示由不同激动剂（包括ATP,尼日利亚霉素、铝盐（明矶）和尿酸钠（MSU）晶体）触发的N1.RP3炎症小体激活受损，I1.-S受到抑制即可证明和caspase-1成熟（图2A）以及I1.-IP和I1.-18分泌（图2B）。相反，分别由肠鼠伤寒沙门氏菌感染和聚（dA：dT

11、）转染触发的N1.RC4和AIM2炎症小体的激活不受HDAC3耗竭的影响，表明HDAC3对N1.RP3激活的影响具有特异性（图2C和2D）。此外，N1.RP3依赖性ASC寡聚化和ASC斑点形成也受到损害（图2E和2F）0重要的是，1.PS诱导的pro-I1.-l表达和TNF-分泌并没有因HDAC3耗竭而改变（图2A-2C）。此外，RNA测序（RNA-seq）和定量蛋白质组学分析表明，N1.RP3炎症小体的基本成分的表达基本上不受影响（图2G）。这些结果表明，HDAC3特异性促进N1.RP3炎症小体的激活阶段，而不影响其基本成分的表达。RGFP966是一种选择性HDAC3抑制剂，浓度高达15M时

12、不会有效抑制任何其他HDACo引人注目的是，低于15MRGFP966以剂量依赖性方式抑制不同激动剂触发的N1.RP3激活，抑制I1.-l和caspase-1成熟（图2H和2D、I1.-S和I1.-18分泌（图2J）、ASC寡聚和斑点形成（图2K和21.）以及细胞焦亡。在人外周血单核细胞（PBMC）中也获得了类似的结果。此外，在ATP之前预处理RGFP96630分钟足以抑制I1.-S的产生,但不能抑制TNF-,这表明它对此过程具有迅速的抑制作用。RGFP966对N1.RC4和AIM2炎症小体的激活没有影响（图2M）。总之，这些结果表明HDAC3特异性促进巨噬细胞中N1.RP3依赖性I1.-IB和

13、I1.-18的产生。实验结果3HDAC3重新连接脂质代谢并限制由FAO驱动的OXPHoS产生I1.-1细胞代谢在支持炎症巨噬细胞功能中发挥着关键作用。1.PS诱导的炎症细胞因子的产生和caspase-1介导的I1.-S（和I1.-I8）成熟是代谢重编程严格控制的两个重要阶段。作者测量了来自1.yz2-cre-Hdac3ff和对照小鼠的BMDM在包括这两个阶段的较长时间内的细胞外酸化率（ECAR）和细胞耗氧率（OCR）的实时变化。1.PS刺激导致ECAR增加和OCR逐渐下降，而BMDM中这些都不受HDAC3耗尽的影响（图3A和3B）令人惊讶的是，ATP刺激导致OCR短暂升高，这种升高在HDAC3

14、耗尽的BMDM中持续存在，但在对照组中则不然（图3B）o值得注意的是，这种持续的OCR因对依托莫昔尔（一种针对肉碱棕桐酰转移酶1（CTP-I）的药物性FAO抑制剂）的反应而急剧下降（图3B）,这表明OXPHoS在I1.-l成熟过程中的升高FFA可能加剧了HDAC3的缺失。此外，作者发现在I1.-S成熟过程中，与对照组相比，RGFP966或HDAC3消耗导致最大OCR、备用呼吸能力（SRC）和耦合呼吸增加（图3C和3D）。鉴于改变的FAo通量可能导致细胞脂质谱的变化，作者进行了代谢组学分析，发现巨噬细胞中长链而不是中链和短链酰基肉碱减少（图3E）以及乙酰肉碱增加与对照小鼠相比，来自1.yz2-c

15、re-Hdac3ff小鼠的结果，证实了在缺乏HDAC3的情况下，FAO通量增加。为了扩展FAO支持的HDAC3限制OCR的发现，作者使用棕根）酸酯-BSA作为外源性FAO底物进一步测量了OCR。引人注目的是，在1.PS引发的BMDM中，HDAC3缺陷在棕桐酸酯-BSA存在的情况下显着增加了OCR（图3F）,但在BSA对照中没有增加，这表明HDAC3在I1.-IP期间优先限制由外源脂肪酸支持的FAO成熟。与这一假设一致，内源性中性脂质储备的BODlPY493/503染色显示1.yz2-cre-Hdac3ff和野生型小鼠的BMDM之间没有差异。相比之下，作者使用荧光素标记的（BODlPY-F1./

16、Cl6）或稳定同位素标记的（palmitate-D3l）棕檎酸酯类似物来测量外源脂肪酸的摄取，两种策略都表明HDAC3消耗导致脂肪酸增加I1.-l成熟期间的摄取（图3G）。与外源脂肪酸摄取增加一致，HDAC3耗尽的巨噬细胞中长链脂肪酸转运蛋白CD36的表面表达增加。此外,我们研究了FAo驱动的OXPHOS在I1.-IP生产中的作用。乙酰肉碱是肉碱的一种高生物利用度形式，可促进FAo和线粒体呼吸，显着抑制CaSPaSe-I和I1.-IP的成熟以及I1.-IP的分泌（图3H）。此外，复合物I抑制剂鱼藤酮和杀粉虫素A通过HDAC3耗竭可抑制caspase-1成熟和I1.-IB产生（图31）。总之，这些数据表明，由于外源脂肪酸支持的FAO,HDAC3依赖性线粒体呼吸限制是最佳I1.l生产所必需的。HDAC3对于线粒体