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(tài)。
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(fā)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(fā)表題為“Deoxyhypusine synthase promotes a pro-inflammatory macrophage phenotype”的研究文章，該研究借助蛋白質(zhì)組學和轉(zhuǎn)錄組學揭示了DHPS通過eIF5AHyp參與巨噬細胞中炎癥調(diào)控和趨化性的mRNA亞群的轉(zhuǎn)錄后調(diào)控，阻斷DHPS可減少炎癥，改善胰島素敏感性和葡萄糖穩(wěn)態(tài)。
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(diào)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(zhuǎn)錄后調(diào)控；
步驟4：轉(zhuǎn)錄組學分析：揭示DHPS 對M1巨噬細胞轉(zhuǎn)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(diào)控作用。
研究結(jié)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(zhì)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(fā)現(xiàn)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(jié)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(lián)的總RNA降低，mRNA翻譯起始減少，表明DHPS不足會引發(fā)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(nèi)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(shù)量顯著減少。這些結(jié)果表明抑制DHPS會較少巨噬細胞遷移。
圖2 eIF5AHyp調(diào)控mRNA翻譯起始
3. DHPS促進M1巨噬細胞炎癥信號的轉(zhuǎn)錄后調(diào)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(zhì)組學分析，發(fā)現(xiàn)在DhpsΔMyel巨噬細胞中顯著變化的有111種蛋白質(zhì)。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(zhì)組學特征
4. DHPS 影響M1巨噬細胞炎癥信號的轉(zhuǎn)錄
進一步通過轉(zhuǎn)錄組學分析發(fā)現(xiàn)，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(jié)果表明，DhpsΔMyel BMDMs 在M1 極化條件下基因表達譜發(fā)生改變，傾向于下調(diào) NF-κB 靶標和上調(diào)抗炎特征。此外，轉(zhuǎn)錄組和蛋白組學聯(lián)合分析發(fā)現(xiàn)僅有7個基因在轉(zhuǎn)錄和蛋白層面變化一致，這些數(shù)據(jù)顯示DhpsΔMyel巨噬細胞蛋白質(zhì)的改變可能發(fā)生在轉(zhuǎn)錄水平改變后。
5. DHPS 調(diào)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(shù)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(xiàn)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(jié)
本研究借助蛋白質(zhì)組學和轉(zhuǎn)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(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)，進而通過NF-kB信號促進促炎癥表型M1的極化，最后實現(xiàn)脂肪組織代謝性炎癥減輕、調(diào)控葡萄糖穩(wěn)態(tài)的目的。本研究加深了我們對于肥胖過程中巨噬細胞調(diào)控炎癥發(fā)生過程的理解，揭示了調(diào)控巨噬細胞活化的關鍵靶點——DHPS/eIF5AHyp。
中科優(yōu)品推薦
【中科新生命】建立了完整的多組學服務平臺，幫助老師從基因組、轉(zhuǎn)錄組、蛋白組、修飾組、代謝組等多組學角度系統(tǒng)地解析數(shù)據(jù)，挖掘關鍵生物學信息。歡迎感興趣的老師前來咨詢。
