项目文章Brain Behav Immun (IF 19.227) |青岛大学崔玉课题组发现ACSL4促进神经炎症新机制

2023-04-26 14:07:40, APT-MKT 上海中科新生命生物科技有限公司

长链酰基辅酶A合成酶（ACSLs）构成一个酶家族，通过将游离长链脂肪酸转化为其酰基辅酶A（CoA）形式，在脂质代谢中发挥着重要的作用。作为ACSL家族的一员，ACSL4优先结合其底物花生四烯酸（AA），从而通过结合游离的AA参与含AA磷脂的重塑。之前的研究发现ACSL4促进了缺血诱导的炎症细胞因子的产生。然而，ACSL4是否影响脂多糖（LPS）刺激后小胶质细胞的炎症反应，进而影响帕金森疾病（PD）的进展尚不清楚。

2023年2月，青岛大学崔玉课题组在Brain, Behavior, and Immunity（IF 19.227）上发表了题为“ACSL4 Promotes Microglia-Mediated Neuroinflammation by Regulating Lipid Metabolism and VGLL4 expression”的文章。该文结合转录组学、脂质组学、基因手段、免疫生化等实验研究发现LPS诱导后ACSL4的表达增加，敲低ACSL4会减少促炎细胞因子的产生，并结合体内和体外实验表明ACSL4是一种新型调节因子，通过调节退化样家族成员4（VGLL4）表达和脂质代谢来促进小胶质细胞介导的神经炎症。中科新生命参与了该研究中脂质组学检测的相关工作。

研究材料

小鼠和细胞

技术路线

步骤1：LPS诱导后小胶质细胞中ACSL4的表达增加；

步骤2：敲低ACSL4对小胶质细胞介导的炎症的影响；

步骤3：转录组学分析：ACSL4通过增加VGLL4的表达调节炎症细胞因子的产生；

步骤4：脂质组学分析：敲低ACSL4可改变LPS诱导后细胞的脂质组成；

步骤5：体内体外实验：ACSL4敲低降低体外神经元杀伤能力，减轻体内LPS和MPTP诱导的神经炎症。

研究结果

1. LPS诱导后小胶质细胞中ACSL4的表达增加

为了确定ACSL4是否参与LPS诱导的神经炎症，作者首先检测了LPS诱导2小时后的原代小胶质细胞中ACSL4的表达，结果显示ACSL4 mRNA和蛋白的表达显著增加。此外，ACSL4在正常情况下或LPS诱导后主要定位于细胞质中。这些结果表明，LPS诱导后原代小胶质细胞中ACSL4的表达增加（图1）。

图1 LPS诱导后小胶质细胞中ACSL4的表达增加

2. 敲低ACSL4对小胶质细胞介导的炎症的影响

为了评估ACSL4对小胶质细胞介导的炎症的影响，作者用靶向ACSL4的特异性siRNA转染BV2细胞(小鼠小胶质细胞)，然后在LPS诱导后检测促炎细胞因子的产生。结果发现沉默ACSL4可降低LPS诱导后BV2小胶质细胞中TNFA、IL-6和IL-1b mRNA水平。表明在LPS诱导下，敲低ACSL4减少了促炎细胞因子的产生（图2）。作者进一步研究了ACSL4促进LPS引发的炎症细胞因子产生的潜在分子机制，分析了由TLR4信号通路激活的关键下游信号分子的水平，包括P65、细胞外调节蛋白激酶（ERK）和c-Jun N-末端激酶（JNK）。发现在ACSL4敲低的细胞中，促炎细胞因子的表达降低可能是NF-κB信号激活降低的结果，而不是由于铁死亡率降低所致（图3）。

图2 敲低ACSL4可减少炎症细胞因子的产生

图3 ACSL4通过促进NF-κB信号转导并以一种不依赖于铁死亡的方式增加细胞因子的产生

3. 转录组学分析：ACSL4通过增加VGLL4的表达调节炎症细胞因子的产生

与对照组相比，处理组共鉴定出203个基因为差异表达基因（DEGs），其中157个DEGs下调，46个DEGs上调。与促炎细胞因子产生的减少一致，与炎症反应相关的通路活性发生了显著变化，包括NF-kappa B信号通路、类风湿性关节炎、TNF信号通路、病毒蛋白与细胞因子及细胞因子受体的相互作用等通路。此外，ACSL4以非铁死亡依赖性方式调节炎症细胞因子的产生，而脂质代谢相关途径的基因的表达没有明显变化（图4）。作者还发现ACSL4敲低的小胶质细胞中，VGLL4的表达增加。通过系列实验研究证实ACSL4可能通过降低VGLL4的表达来促进炎症因子的产生（图5）。

图4 ACSL4敲低导致许多与炎症反应相关的基因表达发生变化

图5 ACSL4通过调节VGLL4的表达来影响炎症细胞因子的产生

4. 脂质组学分析：敲低ACSL4可改变LPS诱导后细胞的脂质组成

先前的研究表明，ACSL4通过调节脂质代谢促进炎症细胞因子的产生。作者评估了敲低ACSL4后是否会改变LPS诱导的脂质代谢。结果发现对照和敲低ACSL4的小胶质细胞中脂质种类发生显著变化，比如与对照组相比，ACSL4敲低后磷脂(PE、PC、PA、PI和PG)、鞘脂(Ger、SM)和脂肪酸(FA)种类水平显著降低。这些结果表明ACSL4可能通过调节BV2小胶质细胞中的脂质组成来调节炎症过程（图6）。

图6 敲低ACSL4可改变LPS诱导后细胞中的脂质组成

5. 体内体外实验：ACSL4敲低降低体外神经元杀伤能力，减轻体内LPS和MPTP诱导的神经炎症

由于来自活化小胶质细胞的炎症细胞因子会降低神经元活力，作者研究发现与ACSL4沉默的BV2细胞共培养的神经元比对照组的神经元存活更多，表明体外小胶质细胞中ACSL4敲低降低了神经元的杀伤能力。

为了探究ACSL4在体内是否在神经炎症中发挥重要作用，作者首先通过腹腔注射LPS建立动物模型，随后评估炎症反应。结果发现ACSL4 敲低可在体内减轻LPS诱导的神经炎症（图7）。小胶质细胞诱导的神经炎症与帕金森病(PD)的进展有关，作者进一步评估了ACSL4是否影响帕金森病急性l-甲基-4-苯基-l，2，3，6-四氢吡啶（MPTP）小鼠模型中的小胶质细胞反应。发现在MPTP PD模型中，ACSL4的敲低减少了神经炎症，并减轻了酪氨酸羟化酶阳性（Th+）神经元的变性（图8）。