利用ACSL4促進神經(jīng)炎癥新機制的研究
項目文章 |青島大學崔玉課題組發(fā)現(xiàn)ACSL4促進神經(jīng)炎癥新機制
長鏈酰基輔酶A合成酶（ACSLs）構成一個酶家族，通過將游離長鏈脂肪酸轉化為其�；o酶A（CoA）形式，在脂質代謝中發(fā)揮著重要的作用。作為ACSL家族的一員，ACSL4優(yōu)先結合其底物花生四烯酸（AA），從而通過結合游離的AA參與含AA磷脂的重塑。之前的研究發(fā)現(xiàn)ACSL4促進了缺血誘導的炎癥細胞因子的產(chǎn)生。然而，ACSL4是否影響脂多糖（LPS）刺激后小膠質細胞的炎癥反應，進而影響帕金森疾�。≒D）的進展尚不清楚。2023年2月，青島大學崔玉課題組在Brain, Behavior, and Immunity（IF 19.227）上發(fā)表了題為“ACSL4 Promotes Microglia-Mediated Neuroinflammation by Regulating Lipid Metabolism and VGLL4 expression”的文章。該文結合轉錄組學、脂質組學、基因手段、免疫生化等實驗研究發(fā)現(xiàn)LPS誘導后ACSL4的表達增加，敲低ACSL4會減少促炎細胞因子的產(chǎn)生，并結合體內和體外實驗表明ACSL4是一種新型調節(jié)因子，通過調節(jié)退化樣家族成員4（VGLL4）表達和脂質代謝來促進小膠質細胞介導的神經(jīng)炎癥。中科新生命參與了該研究中脂質組學檢測的相關工作。
研究材料
小鼠和細胞
技術路線
步驟1：LPS誘導后小膠質細胞中ACSL4的表達增加；
步驟2：敲低ACSL4對小膠質細胞介導的炎癥的影響；
步驟3：轉錄組學分析：ACSL4通過增加VGLL4的表達調節(jié)炎癥細胞因子的產(chǎn)生；
步驟4：脂質組學分析：敲低ACSL4可改變LPS誘導后細胞的脂質組成；
步驟5：體內體外實驗：ACSL4敲低降低體外神經(jīng)元殺傷能力，減輕體內LPS和MPTP誘導的神經(jīng)炎癥。
研究結果
1. LPS誘導后小膠質細胞中ACSL4的表達增加
為了確定ACSL4是否參與LPS誘導的神經(jīng)炎癥，作者首先檢測了LPS誘導2小時后的原代小膠質細胞中ACSL4的表達，結果顯示ACSL4 mRNA和蛋白的表達顯著增加。此外，ACSL4在正常情況下或LPS誘導后主要定位于細胞質中。這些結果表明，LPS誘導后原代小膠質細胞中ACSL4的表達增加（圖1）。
圖1 LPS誘導后小膠質細胞中ACSL4的表達增加2. 敲低ACSL4對小膠質細胞介導的炎癥的影響
為了評估ACSL4對小膠質細胞介導的炎癥的影響，作者用靶向ACSL4的特異性siRNA轉染BV2細胞(小鼠小膠質細胞)，然后在LPS誘導后檢測促炎細胞因子的產(chǎn)生。結果發(fā)現(xiàn)沉默ACSL4可降低LPS誘導后BV2小膠質細胞中TNFA、IL-6和IL-1b mRNA水平。表明在LPS誘導下，敲低ACSL4減少了促炎細胞因子的產(chǎn)生（圖2）。作者進一步研究了ACSL4促進LPS引發(fā)的炎癥細胞因子產(chǎn)生的潛在分子機制，分析了由TLR4信號通路激活的關鍵下游信號分子的水平，包括P65、細胞外調節(jié)蛋白激酶（ERK）和c-Jun N-末端激酶（JNK）。發(fā)現(xiàn)在ACSL4敲低的細胞中，促炎細胞因子的表達降低可能是NF-κB信號激活降低的結果，而不是由于鐵死亡率降低所致（圖3）。
圖2 敲低ACSL4可減少炎癥細胞因子的產(chǎn)生
圖3 ACSL4通過促進NF-κB信號轉導并以一種不依賴于鐵死亡的方式增加細胞因子的產(chǎn)生 3. 轉錄組學分析：ACSL4通過增加VGLL4的表達調節(jié)炎癥細胞因子的產(chǎn)生
與對照組相比，處理組共鑒定出203個基因為差異表達基因（DEGs），其中157個DEGs下調，46個DEGs上調。與促炎細胞因子產(chǎn)生的減少一致，與炎癥反應相關的通路活性發(fā)生了顯著變化，包括NF-kappa B信號通路、類風濕性關節(jié)炎、TNF信號通路、病毒蛋白與細胞因子及細胞因子受體的相互作用等通路。此外，ACSL4以非鐵死亡依賴性方式調節(jié)炎癥細胞因子的產(chǎn)生，而脂質代謝相關途徑的基因的表達沒有明顯變化（圖4）。作者還發(fā)現(xiàn)ACSL4敲低的小膠質細胞中，VGLL4的表達增加。通過系列實驗研究證實ACSL4可能通過降低VGLL4的表達來促進炎癥因子的產(chǎn)生（圖5）。
圖4 ACSL4敲低導致許多與炎癥反應相關的基因表達發(fā)生變化
圖5 ACSL4通過調節(jié)VGLL4的表達來影響炎癥細胞因子的產(chǎn)生 4. 脂質組學分析：敲低ACSL4可改變LPS誘導后細胞的脂質組成
先前的研究表明，ACSL4通過調節(jié)脂質代謝促進炎癥細胞因子的產(chǎn)生。作者評估了敲低ACSL4后是否會改變LPS誘導的脂質代謝。結果發(fā)現(xiàn)對照和敲低ACSL4的小膠質細胞中脂質種類發(fā)生顯著變化，比如與對照組相比，ACSL4敲低后磷脂(PE、PC、PA、PI和PG)、鞘脂(Ger、SM)和脂肪酸(FA)種類水平顯著降低。這些結果表明ACSL4可能通過調節(jié)BV2小膠質細胞中的脂質組成來調節(jié)炎癥過程（圖6）。
圖6 敲低ACSL4可改變LPS誘導后細胞中的脂質組成 5. 體內體外實驗：ACSL4敲低降低體外神經(jīng)元殺傷能力，減輕體內LPS和MPTP誘導的神經(jīng)炎癥
由于來自活化小膠質細胞的炎癥細胞因子會降低神經(jīng)元活力，作者研究發(fā)現(xiàn)與ACSL4沉默的BV2細胞共培養(yǎng)的神經(jīng)元比對照組的神經(jīng)元存活更多，表明體外小膠質細胞中ACSL4敲低降低了神經(jīng)元的殺傷能力。為了探究ACSL4在體內是否在神經(jīng)炎癥中發(fā)揮重要作用，作者首先通過腹腔注射LPS建立動物模型，隨后評估炎癥反應。結果發(fā)現(xiàn)ACSL4 敲低可在體內減輕LPS誘導的神經(jīng)炎癥（圖7）。小膠質細胞誘導的神經(jīng)炎癥與帕金森病(PD)的進展有關，作者進一步評估了ACSL4是否影響帕金森病急性l-甲基-4-苯基-l，2，3，6-四氫吡啶（MPTP）小鼠模型中的小膠質細胞反應。發(fā)現(xiàn)在MPTP PD模型中，ACSL4的敲低減少了神經(jīng)炎癥，并減輕了酪氨酸羥化酶陽性（Th+）神經(jīng)元的變性（圖8）。
圖7 敲低ACSL4可減輕LPS誘導的體內神經(jīng)炎癥
圖8 敲低ACSL4可減輕MPTP誘導的體內神經(jīng)炎癥小編小結
總之，文章揭示了ACSL4通過調節(jié)VGLL4表達和脂質代謝來促進小膠質細胞介導的神經(jīng)炎癥的新作用。針對ACSL4表達的干預可能是帕金森病或其他涉及神經(jīng)炎癥的神經(jīng)疾病的潛在治療方法。
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