乳酸激活训练免疫的机制及意义：三羧酸循环与组蛋白乳酸化的关键作用

为探究环境营养可用性对训练免疫（trained immunity）的影响，研究人员开展了关于生理碳源（PCSs）对训练单核细胞葡萄糖利用影响的研究。结果发现乳酸是训练免疫的关键燃料，通过调节三羧酸循环（TCA cycle）和组蛋白乳酸化发挥作用，为理解先天免疫记忆提供新视角。

　　在免疫领域的研究中，传统观点认为免疫系统分为先天免疫和适应性免疫，其中适应性免疫能产生特异性免疫记忆，而先天免疫被认为快速且非特异性，无法形成免疫记忆。但近年来，越来越多的研究表明，像自然杀伤细胞和单核细胞这类先天免疫细胞，在受到初次刺激后，会产生一种非特异性的记忆，这种现象被称为训练免疫。训练免疫指的是先天免疫细胞的长期记忆特性，在遭遇二次刺激时，能引发更强烈的免疫反应。然而，环境营养物质的可利用性对训练免疫的影响却一直未被深入了解。葡萄糖作为细胞代谢的重要营养物质，其在免疫细胞中的代谢途径复杂。而乳酸，以往常被视作葡萄糖代谢的废物，如今却发现它在能量代谢和细胞功能调节方面有着重要作用，尤其是新发现的组蛋白乳酸化修饰，更是为研究增添了新的方向。在此背景下，为了深入探究环境营养可用性对训练免疫的影响，武汉大学中南医院心内科等多个单位的研究人员开展了一系列研究。研究成果发表在《Nature Communications》上。

研究人员采用了多种关键技术方法。在细胞和动物实验方面，通过分离人外周血单个核细胞（PBMCs）和单核细胞，利用基因编辑小鼠模型（如 LDHA^-/-小鼠）进行体内实验。在检测分析技术上，运用质谱（MS）、高效液相色谱 - 串联质谱（HPLC - MS/MS）来追踪代谢物，采用蛋白质免疫印迹（Western blot）检测蛋白表达水平，利用染色质免疫沉淀测序（ChIP - seq）、CUT&Tag 测序（CUT&Tag - seq）和转座酶可及染色质高通量测序（ATAC - seq）探究染色质状态和基因表达调控 。

PCSs 影响训练免疫诱导过程中单核细胞的葡萄糖利用：研究人员设计了改良的 RPMI 培养基（MM），模拟小鼠血清中的极性代谢物浓度。通过¹³C - 葡萄糖标记实验发现，PCSs 会抑制¹³C - 葡萄糖进入 TCA 循环，促使其流向磷酸戊糖途径（PPP）和丝氨酸合成途径（SSP）。同时，部分 PCSs（如 β - 羟基丁酸（βOHB）和乳酸）可作为 TCA 循环的碳源，且训练单核细胞更倾向于利用 PCSs 而非葡萄糖进行 TCA 循环代谢。
乳酸激活训练免疫：研究以白色念珠菌（C. albicans）感染为模型，利用 LDHA^-/-小鼠和针对 LDHA 的小干扰 RNA（siRNAs）进行实验。结果显示，LDHA 缺失会削弱训练免疫反应，而乳酸能增强训练单核细胞对白色念珠菌感染的保护作用，促进白细胞介素 - 6（IL - 6）和肿瘤坏死因子 - α（TNF - α）的产生，降低真菌负荷，提高小鼠生存率。
乳酸是训练免疫诱导过程中的生理燃料：通过¹³C - 葡萄糖掺入实验发现，β - 葡聚糖（β - glucan）处理早期，单核细胞优先利用葡萄糖作为生理燃料，后期则用于生物合成。即便在有葡萄糖存在的生理条件下，低浓度的乳酸（1 - 2 mM）仍可作为 TCA 循环底物被训练单核细胞利用，且乳酸能增强 ATP 生成和基础耗氧率（OCR）。
乳酸通过 LDHA 为训练免疫提供能量：研究表明，LDHA 在乳酸参与训练免疫的生物能量功能中起关键作用。LDHA 缺失会减少¹³C - 乳酸衍生的 TCA 循环代谢物生成，抑制 ATP 产生和相关代谢物水平。体内实验也证实，¹³C - 乳酸在野生型（Wt）小鼠中可标记 TCA 循环衍生代谢物，而在 LDHA^-/-小鼠中则不能。当乳酸代谢受抑制时，β - 葡聚糖会使葡萄糖代谢从 PPP 和 SSP 转回氧化磷酸化（OxPhos）。
乳酸在训练免疫诱导过程中通过 LDHA 调节单核细胞的组蛋白乳酸化：免疫印迹分析发现，β - 葡聚糖处理可使单核细胞中组蛋白赖氨酸乳酸化（Kla）水平升高，且这种升高具有时间和剂量依赖性，且不依赖旁分泌作用。质谱分析证实 β - 葡聚糖可促进由葡萄糖或外源性乳酸直接产生的组蛋白乳酸化，且该过程依赖 LDHA。
乳酸通过组蛋白乳酸化维持训练免疫诱导过程中单核细胞的染色质可及性：ATAC - seq 分析表明，乳酸可改变染色质区域的可及性，进而影响基因表达。RNA - seq 和基因本体（GO）分析发现，相关基因显著富集于免疫反应、乳酸代谢和缺氧诱导因子（HIF）信号等生物学途径。CUT&Tag - seq 分析显示，组蛋白 H3 赖氨酸 27 乳酸化（H3K27la）主要位于启动子区域，在 Wt 训练单核细胞中，H3K27la 在关键基因启动子区域高度富集，而在 LDHA^-/-训练单核细胞中则无此现象，这表明乳酸可通过组蛋白乳酸化改变炎症因子和细胞黏附分子启动子的表观遗传编程。
外源性乳酸通过参与 TCA 循环和组蛋白乳酸化支持训练免疫：抑制单羧酸转运蛋白 1（MCT1）会阻断乳酸进入 TCA 循环，抑制组蛋白 Kla 水平升高和相关基因启动子区域的 H3K27la 和 H3K18la 招募，削弱训练免疫反应。研究还发现，乳酸是乙酰辅酶 A（acetyl - CoA）产生的重要底物，与乳酸介导的组蛋白乙酰化相比，乳酸介导的组蛋白乳酸化在训练免疫中起主导作用。

综合研究结果和讨论，该研究首次揭示训练单核细胞在燃料选择上具有高度可塑性，乳酸作为训练免疫中的关键燃料，不仅参与 TCA 循环，还通过调节组蛋白乳酸化影响染色质可及性和基因表达，从而调控训练免疫反应。这一研究成果填补了训练免疫下游信号通路的空白，为理解先天免疫记忆提供了新的视角，也为相关疾病的治疗开辟了新的潜在途径。不过，研究也存在一些局限性，如组蛋白乳酸化与其他修饰的关系、低浓度 PCSs 的作用、乳酸代谢作为临床治疗靶点的有效性等问题仍有待进一步探索 。