铁死亡耐受性通过调控脂质代谢促进过敏性气道炎症中2型免疫反应的机制研究

《Immunity》：Tolerance to ferroptosis facilitates lipid metabolism and pathogenic type 2 immunity in allergic airway inflammation

本研究针对过敏性气道炎症中2型天然淋巴样细胞(ILC2)代谢适应性的调控机制展开探索。研究人员发现，过敏原诱导的ILC2通过ASCT2介导的胱氨酸摄取增强谷胱甘肽(GSH)合成，并上调GPX4和TXNRD1表达，从而抵抗铁死亡(ferroptosis)，促进脂质代谢和致病性2型免疫反应。该研究揭示了氧化还原平衡系统可作为治疗气道炎症的新靶点，为哮喘治疗提供了新策略。

　　

在过敏性哮喘等慢性炎症性疾病中，2型天然淋巴样细胞(ILC2)扮演着双重角色：一方面在屏障组织保护和维持中发挥重要作用，另一方面其过度活化又会驱动慢性炎症进程。尽管近年来免疫细胞代谢调控研究取得显著进展，但组织驻留免疫细胞在炎症环境中的特异性代谢适应机制仍是未解之谜。

炎症组织中营养物质通常受限，而脂质作为细胞膜重要组成成分，在组织环境中却异常丰富。特别是在炎症诱导的组织损伤过程中，游离脂肪酸(FFA)的可用性大幅增加。先前研究表明，病原性ILC2能够通过获取外部脂质构建细胞膜，并暂时以脂滴形式储存三酰甘油(TG)以防止脂毒性。然而，高度活化的ILC2同时也能代谢葡萄糖或氨基酸，显示出一定的燃料灵活性。

为了探究慢性炎症驱动免疫细胞克服代谢限制的能力，Wientjens等研究人员在《Immunity》上发表了最新研究成果。他们发现过敏原诱导的病原性ILC2虽然具有代谢灵活性，但必须依赖胱氨酸来维持存活和功能。这种依赖性源于胱氨酸在合成谷胱甘肽(GSH)中的关键作用，而GSH是细胞最重要的抗氧化剂之一。

研究人员采用的技术方法主要包括：利用流式细胞术进行免疫细胞代谢谱单细胞分析；通过氨基酸和脂肪酸剥夺实验评估营养需求；使用铁死亡诱导剂(RSL3)和抑制剂(ferrostatin-1)进行机制研究；构建ILC2特异性GPX4和TXNRD1基因敲除小鼠模型；应用脂质组学分析膜脂质组成；以及临床前治疗模型评估TXNRD1抑制剂(TRi-1)的治疗效果。

代谢灵活性但需要胱氨酸

研究人员通过过敏原(木瓜蛋白酶或链格孢)诱导小鼠过敏性气道炎症模型，发现病原性ILC2代谢葡萄糖、脂肪酸和氨基酸的能力均增强。然而，这种代谢灵活性却伴随着对葡萄糖和线粒体依赖性的降低，表明燃料多样性可能是病原性ILC2活化的决定性特征。

单营养补充实验揭示，氨基酸或脂肪酸能促进ILC2短期存活，而长期培养显示仅有氨基酸能支持ILC2增殖。特别值得注意的是，只有胱氨酸的剥夺会显著影响ILC2存活和增殖，而其他氨基酸则无此效应。过敏原攻击后，ILC2的胱氨酸摄取明显增加，且这种依赖性可通过补充GSH来挽救，表明胱氨酸主要通过维持ILC2的氧化还原平衡发挥作用。

需要ASCT2维持GSH合成

进一步机制探究发现，病原性ILC2不依赖经典的胱氨酸转运系统xc-或转硫途径，而是通过中性氨基酸转运蛋白ASCT2(SLC1A5编码)摄取胱氨酸。抑制ASCT2会导致ILC2数量减少和脂质过氧化增加，且这种效应可通过GSH补充来逆转。同位素标记实验证实，ASCT2抑制会降低细胞内GSH水平，表明其在维持ILC2氧化还原平衡中的关键作用。

免受铁死亡

由于脂质代谢与铁死亡敏感性密切相关，研究人员探究了病原性ILC2在大量获取多不饱和脂肪酸(PUFA)情况下的存活机制。结果显示，过敏原暴露的ILC2增加了PUFA摄取，并显著提高了膜磷脂中PUFA含量，特别是磷脂酰乙醇胺(PE)和磷脂酰胆碱(PC)。

同时，与铁死亡诱导相关的基因(Lpcat3、Ascl4、Epas1)表达上调，但抗铁死亡和抗氧化系统基因(Gpx4、Txn1、Txnrd1、Gclc)也同步增加。这种平衡使得病原性ILC2尽管摄入更多PUFA，却表现出更低的脂质过氧化和细胞活性氧(ROS)水平，以及对铁摄取的增加。

需要GPX4依赖性铁死亡抑制

GPX4抑制剂RSL3处理能浓度依赖性地诱导ILC2死亡和脂质过氧化，而这种效应可被铁死亡抑制剂ferrostatin-1或α-生育酚(维生素E衍生物)阻断，而非凋亡抑制剂zVAD。值得注意的是，病原性ILC2对GPX4抑制比naive ILC2更敏感，表明活化ILC2对GPX4依赖性增强。

IL-33刺激能特异性诱导GPX4表达，伴随着胱氨酸摄取增加、脂质过氧化减少和脂肪酸获取增强，这些变化与ILC2增殖同步发生。此外，体外分化的Th2细胞也表现出对GPX4抑制的敏感性，尽管程度低于活化ILC2。

GPX4表达促进气道炎症存活

为了验证GPX4在体内的功能，研究人员构建了ILC2特异性GPX4敲除小鼠(ILC2^ΔGPX4)。过敏原攻击后，GPX4缺失显著减少了ILC2在肺部的积累和细胞因子产生，从而降低了嗜酸性粒细胞和淋巴细胞浸润。GPX4缺陷的ILC2表现出增加的ROS和脂质过氧化，以及受损的外部脂质获取能力。

值得注意的是，在巴西日圆线虫感染模型中，GPX4缺失并不影响ILC2的保护功能，表明GPX4特异性参与病原性而非保护性ILC2应答。

靶向TXNRD1消除ILC2驱动的气道炎症

考虑到靶向GPX4可能对非靶细胞产生毒性，研究人员探索了靶向TXNRD1的治疗策略。体外实验表明，抑制TXNRD1或TXN均可减少ILC2数量，且这种效应可通过N-乙酰半胱氨酸(NAC)或GSH补充来逆转。

体内实验中，鼻内给予TXNRD1抑制剂TRi-1能显著减轻气道炎症，减少ILC2积累和细胞因子产生，降低嗜酸性粒细胞招募和淋巴细胞浸润。组织学分析进一步证实TRi-1治疗能减少细胞浸润和黏液产生细胞。

讨论与意义

本研究系统阐述了过敏性气道炎症中ILC2代谢适应的新机制：通过增强胱氨酸摄取和GSH合成，上调GPX4和TXNRD1表达，抵抗铁死亡，从而促进脂质代谢和致病性2型免疫反应。这一发现不仅深化了对免疫细胞代谢可塑性的理解，也为治疗哮喘等慢性炎症性疾病提供了新的靶点。

值得注意的是，这种氧化还原平衡机制在Th2细胞中同样存在，表明其可能是2型免疫细胞的普遍特征。同时，研究还发现GPX4主要参与病原性而非保护性ILC2应答，这为特异性靶向致病性免疫细胞提供了理论依据。

TXNRD1抑制剂TRi-1在临床前模型中的显著疗效，尤其令人鼓舞。与传统靶向GPX4的策略相比，靶向TXNRD1可能具有更好的安全性，为未来临床转化奠定了坚实基础。

这项研究填补了组织驻留免疫细胞代谢适应机制的空白，揭示了铁死亡耐受性在慢性炎症中的关键作用，为开发新一代免疫代谢调节疗法提供了重要理论基础和实验依据。未来研究将进一步验证这些发现在人类哮喘患者中的适用性，并探索其在不同炎症性疾病中的普遍意义。