作者：郑山 北京积水潭医院

活化的巨噬细胞从氧化磷酸化转变为有氧糖酵解，类似于Warburg效应，是炎症疾病的潜在治疗靶点。据报道，内源性代谢产物衣康酸可调节巨噬细胞功能，但其确切机制尚不清楚。在这里，我们发现4-辛基衣康酸盐（4-OI，一种可渗透细胞的衣康酸衍生物）直接使糖酵解酶GAPDH上的半胱氨酸残基22烷基化，并降低其酶活性。通过U13C葡萄糖追踪进行的糖酵解通量分析提供了4-OI阻断GAPDH处糖酵解流量的证据。4-OI从而下调活化巨噬细胞中的有氧糖酵解，这是其抗炎作用所必需的。4-OI的抗炎作用通过庚二酸2-DG复制，并通过增加野生型（但不是C22A突变体）GAPDH表达而逆转。4-OI在体内保护脂多糖诱导的致死性并抑制细胞因子释放。这些发现表明，4-OI通过靶向GAPDH减少巨噬细胞中的有氧糖酵解而具有抗炎作用。

巨噬细胞在先天免疫中起着至关重要的作用，并有助于宿主防御病原体。巨噬细胞的一个重要特征是其显著的可塑性，能够根据其微环境快速改变形态和状态，以适应其功能需求。促炎刺激导致巨噬细胞中糖酵解的Warburg样上调，与肿瘤中的观察结果相似。从氧化磷酸化到有氧糖酵解以产生能量对于巨噬细胞的炎症和调节免疫表型之间的平衡至关重要。

糖酵解代谢促进活化巨噬细胞的存活、分化和效应功能。最近的研究表明，巨噬细胞的独特代谢特征控制其激活状态和功能。首次发现衣康酸是由真菌生物土曲霉合成和分泌的。它通常用作聚合物化学合成的原料。最近，衣康酸在脂多糖（LPS）激活的巨噬细胞中产生，并由线粒体相关酶免疫应答基因1（IRG1）产生。据报道，衣康酸盐通过抑制异柠檬酸裂解酶（一种细菌乙醛酸分流酶）发挥抗菌作用。另据报道，衣康酸在激活的巨噬细胞中具有显著的抗炎作用。因此，衣康酸的抗炎机制有待进一步研究。

衣康酸作为一种羧酸，极性强，不易渗透细胞膜，因此不适合用于机理研究。为了克服衣康酸盐的局限性，合成了一种可渗透细胞的衣康酸酯衍生物4-辛酯（4-OI）。衣康酸盐和4-OI具有相似的硫醇反应性，使4-OI成为研究其生物功能的合适衣康酸替代物20。据报道，4-OI使kelch样ECH相关蛋白1（KEAP1）上的半胱氨酸残基烷基化，然后激活核因子（红细胞衍生2）相关因子2（Nrf2），以发挥抗氧化和抗炎作用20。富马酸二甲酯具有与4-OI相似的亲电性α、β-不饱和部分，通过Nrf的翻译后修饰也发挥抗炎和抗氧化作用。内源性富马酸盐还使糖酵解酶甘油醛3-磷酸脱氢酶（GAPDH）琥珀化，并抑制其酶活性，从而减少炎症24。在这项研究中，我们发现GAPDH的4-OI烷基化半胱氨酸残基并抑制其酶活性，激活抗炎程序。

细胞对免疫反应的代谢适应，称为免疫代谢，在调节细胞的免疫功能中起着重要作用。近年来，免疫代谢领域取得了实质性进展，深入了解了细胞内代谢产物（称为免疫代谢产物）在免疫细胞复杂调节中的作用。巨噬细胞是先天免疫的主要组成部分，在宿主防御和顺势疗法中发挥着至关重要的作用。巨噬细胞是免疫系统的第一道防线，通过产生促炎因子（如IL-1β）有助于防御感染。响应外部刺激，巨噬细胞中许多代谢产物的水平发生变化。代谢产物是生化反应的底物和产物，反映并参与酶活性。因此，研究这些代谢产物在巨噬细胞功能中的作用非常重要。

最初在各种肿瘤细胞中发现的Warburg效应也在激活的巨噬细胞中观察到。巨噬细胞有两种主要类型：经典的M1表型，可被LPS或干扰素-γ激活以触发促炎反应；另一种M2表型，可由IL-4、IL-10或IL-13激活以产生抗炎作用38、39。即使在富氧环境中，LPS也会诱导M1巨噬细胞从氧化磷酸化到有氧糖酵解的代谢转换，这有助于早期促炎细胞因子（如IL-1β）的转录表达和释放。M1巨噬细胞的特点是高增殖和对不同免疫刺激的快速反应。M1巨噬细胞采用有氧糖酵解，以满足其对快速能量和充足的生物合成原料供应的高需求，满足增殖和生物合成的需求。据报道，作为一种免疫代谢产物，衣康酸具有显著的抗炎作用。然而，这一效应的分子机制尚不完全清楚。在本研究中，我们发现4-OI显著抑制LPS诱导的需氧糖酵解和IL-1β的产生。有趣的是，4-OI的抗炎作用因高浓度葡萄糖诱导的糖酵解增强而减弱，这将4-OI抗炎作用与其对糖酵解的抑制联系起来。

GAPDH催化3-磷酸甘油醛转化为1,3-二磷酸D-甘油酯，这是真核细胞胞浆中葡萄糖糖酵解分解的第六步。GAPDH是糖酵解中不可逆的代谢开关，只有在快速增殖的细胞中才迫切需要GAPDH。糖酵解的显著上调和GAPDH活性的增加是活化巨噬细胞的特征。因此，GAPDH可能是一个有吸引力的抗炎靶点：抑制GAPDH活性可以抑制有氧糖酵解，从而抑制炎症。许多含有α，β-不饱和羧酸的代谢产物可以烷基化蛋白质的半胱氨酸残基，如KEAP1上的富马酸盐，以及KEAP1的GAPDH和4-OI，通过Michael加成。因此，4-OI的抗炎作用也可能来自其GAPDH半胱氨酸残基的烷基化。4-OI可以通过二羧基丙基化共价修饰KEAP1 。这种修饰增加了核Nrf2水平，并促进了具有抗炎和抗氧化能力的下游靶基因的表达。KEAP1通常与Nrf2形成复合物并促进其降解。关键的KEAP1半胱氨酸残基被4-OI烷基化导致新合成的Nrf2的积累，Nrf2迁移到细胞核并激活转录抗氧化和抗炎程序。因此，Nrf2激活对于4-OI的抗炎作用至关重要。在我们的研究中，4-OI可以通过类似的二羧基丙基化修饰GAPDH的Cys 22残基。通过在RAW264.7巨噬细胞中过度表达WT GAPDH而不是C22A GAPDH，成功且显著地减轻了4-OI治疗诱导的IL-1β释放的减少，这证明了Cys 22在GAPDH功能中的重要作用。4-OI的抗炎作用与被抑制的糖酵解有关，糖酵解为M1巨噬细胞提供了必要的能量和生物合成原料，帮助其增殖和生物合成。