高血糖通过CD11b K575位点乳酸化修饰损害巨噬细胞胞葬作用加剧骨关节炎的新机制

《Nature Communications》：Hyperglycemia exacerbates osteoarthritis by impairing macrophage efferocytosis through modulation of CD11b lactylation

本研究针对糖尿病合并骨关节炎患者中关节退变加速的临床难题，揭示了高血糖通过增强滑膜巨噬细胞糖酵解，导致代谢产物乳酸积累并激活组蛋白乙酰转移酶CBP介导的CD11b蛋白K575位点乳酸化修饰。该修饰通过改变CD11b空间构象削弱其与凋亡细胞表面磷脂酰丝氨酸（PS）的结合能力，从而抑制巨噬细胞胞葬作用，最终加剧滑膜炎症和软骨破坏。研究者进一步通过靶向敲低滑膜巨噬细胞中CBP表达，成功逆转高血糖相关的OA进展，为代谢性关节疾病的治疗提供了新靶点。

　　

随着全球人口老龄化加剧，骨关节炎（Osteoarthritis, OA）已成为导致中老年人群关节功能障碍的主要疾病。值得注意的是，OA患者常合并糖尿病，且临床观察发现糖尿病患者的OA病情往往更严重。尽管流行病学研究提示高血糖可能是OA进展的风险因素，但两者之间的具体病理联系始终未被阐明。滑膜组织作为关节内血管丰富的结构，比无血管的关节软骨更易受到高血糖影响，其中巨噬细胞作为 synovial microenvironment 的关键调控者，其清除凋亡细胞的胞葬作用（efferocytosis）对维持关节稳态至关重要。然而，高血糖是否以及如何干扰巨噬细胞的这一功能，进而加速OA进展，仍是领域内亟待解决的科学问题。

针对这一空白，南京医科大学附属第一医院周浩、肖勇、薛鑫晨等人在《Nature Communications》发表最新研究，通过临床样本分析、细胞实验和动物模型验证，系统揭示了高血糖通过糖酵解-乳酸-CD11b乳酸化轴损害巨噬细胞胞葬作用，从而加重OA的分子机制。研究发现，高血糖环境下滑膜巨噬细胞糖酵解活性增强，乳酸积累触发CD11b整合素第575位赖氨酸（K575）发生乳酸化修饰。这种翻译后修饰改变了CD11b蛋白构象，削弱其与凋亡细胞表面标志物磷脂酰丝氨酸（PS）的结合能力，导致巨噬细胞识别和清除凋亡细胞的功能障碍。未及时清除的凋亡细胞发生继发性坏死，加剧滑膜炎症并促进软骨降解。进一步研究鉴定出组蛋白乙酰转移酶CBP是催化CD11b乳酸化的关键酶，靶向干预滑膜巨噬细胞中CBP表达可有效逆转高血糖相关的OA病理进程。

在研究过程中，团队整合多学科技术方法：基于临床队列（1547例接受全膝关节置换术的患者）进行回顾性分析；通过RNA测序（RNA-Seq）和基因集富集分析（GSEA）筛选高血糖影响巨噬细胞功能的关键通路；利用Seahorse能量代谢分析系统检测细胞糖酵解与线粒体呼吸功能；结合免疫共沉淀-质谱联用（Co-IP/MS）技术鉴定CD11b K575乳酸化位点；采用分子动力学（MD）模拟揭示乳酸化修饰对CD11b蛋白构象及PS结合能力的影响；构建重组腺相关病毒（rAAV）载体实现滑膜巨噬细胞特异性基因干预。

研究结果

高血糖加剧滑膜炎症并促进OA进展

临床数据分析显示，合并糖尿病的OA患者接受膝关节置换术的年龄显著早于单纯OA患者（65.29±6.97岁 vs 70.60±6.73岁），且滑膜组织表现为更严重的增生和炎症细胞浸润。动物实验中，高血糖OA小鼠出现更显著的软骨侵蚀、蛋白聚糖丢失及骨赘形成。

高血糖损害滑膜巨噬细胞胞葬作用

RNA-Seq及GO富集分析表明高血糖显著影响巨噬细胞胞葬相关通路。临床样本和高血糖OA小鼠滑膜中凋亡细胞（CC3⁺）清除障碍，体外共培养实验证实高血糖直接抑制巨噬细胞对凋亡Jurkat细胞的吞噬效率。

高血糖通过增强糖酵解损害巨噬细胞胞葬作用

GSEA及Seahorse实验证实高血糖特异性激活巨噬细胞糖酵解而非氧化磷酸化。使用2-脱氧葡萄糖（2-DG）抑制糖酵解可恢复高血糖环境下巨噬细胞的胞葬功能，并缓解动物模型的滑膜炎症和软骨破坏。

乳酸积累增强巨噬细胞蛋白乳酸化并损害胞葬作用

高血糖或外源性乳酸刺激均导致巨噬细胞内乳酸水平升高和整体蛋白乳酸化修饰增强。乳酸注射可模拟高血糖对OA的加剧效应，表现为滑膜乳酸化水平升高、凋亡细胞积聚及软骨退变加重。

CD11b K575乳酸化改变蛋白构象并降低巨噬细胞对凋亡细胞的识别

Co-IP/MS鉴定CD11b为关键乳酸化靶点，K575位点突变（K575R）可阻断高血糖引起的乳酸化。分子动力学模拟显示乳酸化导致CD11b的αI结构域向Calf-2结构域靠近，降低其与PS的结合自由能（-94.90 kcal/mol vs -102.01 kcal/mol）。

CBP作为乳酸化转移酶催化CD11b乳酸化

CBP通过其M3结构域与CD11b相互作用，敲低CBP或使用抑制剂A-485均可显著降低CD11b乳酸化水平并恢复巨噬细胞胞葬功能。

靶向敲低滑膜巨噬细胞CBP延缓高血糖小鼠OA进展

关节腔内注射rAAV-F4/80-ZsGreen-shCBP可特异性降低滑膜巨噬细胞CBP表达，减少蛋白乳酸化修饰和滑膜凋亡细胞累积，有效缓解高血糖相关OA的病理进展。

结论与展望

本研究首次揭示高血糖通过“糖酵解-乳酸-CBP-CD11b乳酸化”轴损害巨噬细胞胞葬功能的新机制，从代谢-免疫交叉对话角度阐释了糖尿病加剧OA进展的病因学基础。靶向干预CBP介导的乳酸化修饰不仅为理解蛋白质翻译后修饰在代谢性关节病中的作用提供新视角，更为开发针对高血糖相关OA的精准治疗策略奠定了理论基础。值得注意的是，乳酸化修饰在炎症调控中可能发挥“双刃剑”效应，其具体功能取决于细胞类型、修饰靶点及疾病阶段，未来需开展时空特异性研究进一步验证。