细胞色素b5还原酶通过FAD-LSD1-C1q轴调控巨噬细胞IL-1β产生的代谢表观遗传机制

《Cell Death & Disease》：Cytochrome b5 reductase orchestrates IL-1β production in macrophages through FAD

本研究揭示了CYB5R5通过激活FAD依赖的LSD1介导的C1q编码基因组蛋白去甲基化，进而抑制NLRP3炎症小体组装和IL-1β产生的分子机制。研究人员发现髓系特异性敲除Cyb5r5会加剧LPS诱导的败血症炎症反应，为巨噬细胞介导的炎症性疾病提供了新的治疗靶点。

　　

在免疫学研究领域，巨噬细胞作为先天免疫的关键效应细胞，其极化状态动态平衡对维持机体免疫稳态至关重要。当细菌脂多糖(LPS)或干扰素-γ(IFN-γ)等刺激因子作用于巨噬细胞时，会诱导其向促炎的M1表型极化，过量产生白细胞介素-1β(IL-1β)等炎症因子，这种持续激活状态与败血症等多种炎症性疾病的发生发展密切相关。然而，目前对巨噬细胞极化过程的精细调控机制，特别是代谢与表观遗传交叉对话的理解仍存在空白。

细胞色素b5还原酶(CYB5R)家族作为经典的电子传递体，在维持细胞氧化还原平衡中发挥核心作用。其中CYB5R5是该家族中特征最不明确的成员，尽管初步证据表明其与炎症性疾病相关，但其在巨噬细胞中的具体功能机制完全未知。值得注意的是，CYB5R5作为一种黄素蛋白，其活性依赖于黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)辅因子，这提示它可能通过影响FAD依赖的表观遗传过程来调控巨噬细胞功能。

针对这一科学问题，华南农业大学任文凯课题组在《Cell Death and Disease》发表了最新研究成果。研究人员通过构建髓系特异性Cyb5r5基因敲除小鼠模型，结合细胞分子生物学技术，系统揭示了CYB5R5通过FAD-LSD1-C1q信号轴调控巨噬细胞IL-1β产生的代谢表观遗传新机制。

研究采用的主要技术方法包括：利用Lyz2^Cre工具鼠构建髓系特异性Cyb5r5基因敲除动物模型；通过RNA-seq转录组测序筛选差异表达基因；采用染色质免疫沉淀(ChIP)-qPCR技术分析组蛋白修饰；使用Seahorse能量代谢分析系统检测细胞糖酵解和线粒体呼吸功能；通过双荧光素酶报告基因实验验证转录因子结合活性；建立LPS诱导的败血症模型进行体内功能验证。

CYB5R5在M1巨噬细胞中的表达

研究人员发现，在LPS/IFN-γ诱导的M1极化过程中，CYB5R5的表达在转录和蛋白水平均显著下调。机制研究表明，LPS通过激活NF-κB信号通路，特别是p65亚基直接结合Cyb5r5基因启动子区域，抑制其表达。这一现象在小鼠腹腔巨噬细胞(PEMs)、人源THP-1细胞和猪肺泡巨噬细胞3D4/21中均得到验证，表明CYB5R5在M1极化中的下调具有跨物种保守性。

CYB5R5调控M1巨噬细胞极化

通过基因过表达和RNA干扰技术，研究人员证实CYB5R5过表达显著抑制M1巨噬细胞IL-1β和TNF-α的产生，而敲低Cyb5r5则产生相反效果。机制上，CYB5R5过表达抑制了NF-κB信号通路活化、NLRP3炎症小体组装和mTOR信号通路激活。特别值得注意的是，当使用MCC950或VX765等炎症小体抑制剂时，CYB5R5对IL-1β产生的抑制作用被消除，表明CYB5R5主要通过调控炎症小体影响IL-1β成熟。

CYB5R5通过C1q介导M1巨噬细胞IL-1β产生

转录组分析显示，CYB5R5过表达显著改变了M1巨噬细胞的基因表达谱。通过交叉比对筛选，研究人员发现补体成分C1q的编码基因(C1qa、C1qb、C1qc)在CYB5R5过表达后显著上调。功能实验证实，沉默C1q编码基因可完全逆转CYB5R5对IL-1β产生的抑制作用，而使用Serpin G1激活C1q则能进一步增强CYB5R5的抗炎效果。这表明C1q是CYB5R5下游的关键效应分子。

CYB5R5通过FAD-LSD1-C1q信号轴发挥作用

进一步机制探索发现，CYB5R5过表达提高了细胞内FAD水平，而FAD处理可模拟CYB5R5过表达对C1q编码基因的上调作用。研究人员发现CYB5R5通过上调黄素腺嘌呤二核苷酸合成酶(FLAD1)表达来增加FAD水平。在表观遗传层面，CYB5R5过表达增强了FAD依赖的组蛋白去甲基化酶LSD1的活性，降低了抑制性组蛋白标记H3K9me2在C1q编码基因启动子区的富集，从而促进C1q转录。当使用LSD1抑制剂或沉默Lsd1基因时，CYB5R5对C1q表达和IL-1β产生的调控作用被显著削弱。

髓系特异性敲除Cyb5r5促进M1巨噬细胞IL-1β产生

为验证CYB5R5的体内功能，研究人员构建了髓系特异性Cyb5r5敲除小鼠(CyB5R5^fl/flLyz2^Cre)。与野生型相比，敲除鼠来源的M1巨噬细胞表现出更高的IL-1β和TNF-α产生能力，以及增强的NLRP3炎症小体组装。重要的是，敲除鼠细胞内FAD水平降低，LSD1表达下降，H3K9me2在C1q基因启动子区的富集增加，而外源补充FAD、过表达LSD1或激活C1q均可逆转这些表型。

CYB5R5调控巨噬细胞相关疾病

在LPS诱导的败血症模型中，Cyb5r5敲除鼠表现出更低的生存率和更严重的炎症反应，包括血清、脾脏和肺组织中IL-1β和TNF-α水平显著升高，以及更严重的肺组织病理损伤。而当使用氯膦酸盐脂质体清除巨噬细胞后，基因敲除鼠与野生鼠的生存差异消失，证明CYB5R5的抗炎作用主要通过巨噬细胞介导。

研究结论与讨论部分指出，该研究首次揭示了CYB5R5在巨噬细胞极化中的关键作用，阐明了从代谢酶到表观遗传调控的完整信号通路：CYB5R5-FLAD1-FAD-LSD1-C1q。这一通路通过调控组蛋白修饰状态，精细调节炎症相关基因表达，为理解代谢与表观遗传交叉调控免疫反应提供了新视角。特别值得注意的是，与CYB5R家族其他成员在M1极化中上调不同，CYB5R5独特的下调模式提示其在巨噬细胞中可能具有非冗余功能。

该研究的创新性在于将代谢酶活性与表观遗传调控联系起来，揭示了CYB5R5作为免疫代谢检查点的潜在价值。从转化医学角度，针对CYB5R5-FAD-LSD1-C1q轴的干预策略可能为败血症等巨噬细胞介导的炎症性疾病提供新的治疗思路。未来研究需要进一步阐明CYB5R5在不同巨噬细胞亚群中的特异性功能，以及其与CYB5R家族其他成员的协同或拮抗作用。