肥胖的代謝性炎癥特征就是促炎性巨噬細胞浸潤脂肪組織。在肥胖組織中，M1巨噬細胞可能占總脂肪細胞的50%，會引起胰島素抵抗、代謝功能障礙以及全身炎癥(元炎癥)狀態。
真核生物翻譯起始因子5A（elF5A）是目前已知的唯一一種在保守賴氨酸殘基處進行翻譯后修飾生成罕見氨基酸Hyp的蛋白。DHPS（deoxyhypusine synthase）催化eIF5A生成的eIF5AHyp可以控制參與炎癥的mRNA的翻譯，但DHPS及eIF5AHyp在肥胖代謝炎癥發生過程中的作用仍未闡明。
2021年9月，來自美國印第安納大學的Carmella Evans-Molina團隊和芝加哥大學的Raghavendra G. Mirmira團隊合作在Cell Metabolism（IF 27.3）上發表題為“Deoxyhypusine synthase promotes a pro-inflammatory macrophage phenotype”的研究文章，該研究借助蛋白質組學和轉錄組學揭示了DHPS通過eIF5AHyp參與巨噬細胞中炎癥調控和趨化性的mRNA亞群的轉錄后調控，阻斷DHPS可減少炎癥，改善胰島素敏感性和葡萄糖穩態。
研究材料
C57BL/6J小鼠的骨髓衍生巨噬細胞 (BMDM)
骨髓特異性Dhps敲除小鼠
RAW 264.7小鼠巨噬細胞系
斑馬魚
技術路線
步驟1：肥胖小鼠脂肪組織中DHPS和eIF5AHyp水平檢測；
步驟2：研究DHPS和eIF5AHyp對促炎型巨噬細胞M1的調控作用；
步驟3：蛋白組學分析：探討DHPS對M1巨噬細胞炎癥信號的轉錄后調控；
步驟4：轉錄組學分析：揭示DHPS 對M1巨噬細胞轉錄水平的影響；
步驟5：DHPS對M1巨噬細胞在炎癥過程中浸潤到脂肪組織中的調控作用。
研究結果
1. 肥胖小鼠脂肪組織巨噬細胞中DHPS和eIF5AHyp水平升高
為了評估DHPS和eIF5AHyp水平的變化是否與肥胖和脂肪組織炎癥相關，研究人員從低脂飲食（LFD）或高脂飲食(HFD)的C57BL/6J小鼠附睪脂肪組織的基質血管部分(SVF)中分離出免疫細胞，通過多色流式細胞術和免疫印跡分析發現高脂飲食會增加SVF中促炎（M1樣）巨噬細胞的占比，以及巨噬細胞中eIF5AHyp的含量。為了闡明DHPS在巨噬細胞表型中的作用，作者使用來自C57BL/6J小鼠的骨髓衍生巨噬細胞（BMDM）進行了體外研究。結果顯示，BMDM的 M1巨噬細胞極化后，DHPS和eIF5AHyp水平增加。而DHPS的小分子抑制劑Gc7處理卻可導致促炎巨噬細胞的劑量依賴性降低，eIF5AHyp水平也同樣降低。
圖1 促炎性M1樣巨噬細胞表型依賴于DHPS
2. DHPS 控制巨噬細胞的mRNA翻譯和細胞遷移
在髓系特異性Dhps敲除小鼠(DhpsΔMyel) BMDM中，DHPS和eIF5AHyp水平降低。通過多聚核糖體分析，觀察到DHPS不足會導致與M1極化的BMDM多聚核糖體相關聯的總RNA降低，mRNA翻譯起始減少，表明DHPS不足會引發翻譯起始阻滯。作者在斑馬魚中進行了尾鰭損傷試驗，尾鰭損傷導致巨噬細胞6小時內遷移到損傷部位增加，用DHPS抑制劑處理則會導致遷移到損傷部位的巨噬細胞數量顯著減少。這些結果表明抑制DHPS會較少巨噬細胞遷移。
圖2 eIF5AHyp調控mRNA翻譯起始
3. DHPS促進M1巨噬細胞炎癥信號的轉錄后調控
研究者對Control小鼠和Dhps敲除小鼠的骨髓源性巨噬細胞 (BMDM) M0、M1、M2進行TMT蛋白質組學分析，發現在DhpsΔMyel巨噬細胞中顯著變化的有111種蛋白質。KEGG 通路分析表明，差異蛋白聚集在一氧化氮信號 (cGMP-PKG)通路中、感染/炎癥通路和代謝炎癥（脂肪細胞因子信號）通路，這些途徑都與DHPS促進M1巨噬細胞極化的作用相關。
圖3 Dhps缺失的M1巨噬細胞蛋白質組學特征
4. DHPS 影響M1巨噬細胞炎癥信號的轉錄
進一步通過轉錄組學分析發現，Dhps缺乏導致M1巨噬細胞NF-κB 靶標基因Tlr2、Fcgr3、Il-27、Ccl2、Fcgr1、Cxcl1和Ptges的表達降低，誘導了與抗炎和組織修復反應相關的基因Col1a2、Timp3和Fstl1的表達。上述結果表明，DhpsΔMyel BMDMs 在M1 極化條件下基因表達譜發生改變，傾向于下調 NF-κB 靶標和上調抗炎特征。此外，轉錄組和蛋白組學聯合分析發現僅有7個基因在轉錄和蛋白層面變化一致，這些數據顯示DhpsΔMyel巨噬細胞蛋白質的改變可能發生在轉錄水平改變后。
5. DHPS 調控M1巨噬細胞浸潤脂肪組織
為了測試DHPS在肥胖誘導的代謝炎癥和葡萄糖耐受不良中的作用，對DhpsΔMyel小鼠和同窩對照小鼠喂食LFD或HFD 5周。與喂食LFD的小鼠相比，喂食HFD的DhpsΔMyel小鼠脂肪組織中的巨噬細胞總數沒有差異，但M1巨噬細胞比例顯著降低，在腹腔注射葡萄糖后也表現更好的葡萄糖耐受性。
圖4 Dhps缺失會減少脂肪組織中M1巨噬細胞的積累并改善葡萄糖耐受性
小結
本研究借助蛋白質組學和轉錄組學，揭示了肥胖中DHPS通過修飾翻譯因子eIF5AHyp促進巨噬細胞中控制炎癥的mRNA的轉錄后調節，進而通過NF-kB信號促進促炎癥表型M1的極化，最后實現脂肪組織代謝性炎癥減輕、調控葡萄糖穩態的目的。本研究加深了我們對于肥胖過程中巨噬細胞調控炎癥發生過程的理解，揭示了調控巨噬細胞活化的關鍵靶點——DHPS/eIF5AHyp。
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