编辑推荐：
这篇研究聚焦组织驻留巨噬细胞（TRMs），发现过氧化物酶体对肺泡巨噬细胞（AMs）的发育和存活至关重要。Pex5 基因敲除导致 AMs 数量减少、代谢改变、脂质毒性增加，且感染流感病毒后宿主死亡率上升，为免疫细胞代谢研究提供了新视角。
过氧化物酶体对肺泡巨噬细胞代谢和存活的重要性研究
组织驻留巨噬细胞（TRMs）作为先天免疫系统的重要组成部分，广泛分布于各种组织中，在维持组织稳态和抵御病原体入侵方面发挥着关键作用。它们能根据所处微环境的变化，如有限的燃料来源、底物、氧浓度和生长因子信号等，灵活调整自身代谢，这种代谢适应性使得不同组织中的 TRMs 在氧化磷酸化（OXPHOS）的使用上呈现出显著的异质性。
肺泡巨噬细胞（AMs）栖息于肺泡空间，这里是气体交换的场所，氧气浓度较高。AMs 不仅承担着分解富含脂质的肺表面活性剂的重要任务，维持肺内环境的稳定，还是抵御空气传播病原体入侵和环境颗粒的前沿防线。研究表明，编码转录因子 Pparg 的基因在 AMs 中高表达，它对调控脂质代谢相关基因起着关键作用。缺乏 Pparg 会导致病理性表面活性剂积累、肺泡蛋白沉积症（PAP）以及胆固醇流出减少，这些现象充分说明了脂质代谢对于 AMs 的重要性。同时，由于肺泡中葡萄糖浓度较低，AMs 的基础糖酵解速率也较低，且在细菌诱导的炎症反应中不会上调有氧糖酵解。
过氧化物酶体作为一种代谢细胞器，与氧化还原和脂质代谢的调节密切相关。它是极长链脂肪酸（VLCFAs）和支链脂肪酸氧化的唯一场所，也是醚脂合成的特定部位，在脂质稳态中占据着不可或缺的地位。过氧化物酶体的 β- 氧化过程会产生过氧化氢（H?O?），而抗氧化酶过氧化氢酶能及时将其解毒，维持细胞内的氧化还原平衡。过氧化物酶体的功能正常发挥依赖于由过氧化物酶体生物发生因子（Pex）基因编码的过氧化物酶蛋白，其中 Pex5 是一种细胞质受体蛋白，负责将基质蛋白导入过氧化物酶体。任何 Pex 基因的突变都可能引发 Zellweger 谱系障碍，这是一种过氧化物酶体生物发生障碍（PBD），患者会出现细胞内 VLCFAs 积累，进而对组织造成损伤，尤其是对大脑组织的发育产生严重影响。
尽管近年来免疫学领域对过氧化物酶体的研究逐渐增多，发现其在 B1 和边缘区 B 细胞、RAW 巨噬细胞以及骨髓来源的巨噬细胞（BMDMs）等免疫细胞的功能中具有重要作用，并且在抗病毒先天免疫反应中也扮演着一定角色，但过氧化物酶体在体内 TRMs 中的具体作用仍有待深入探索。
实验方法
为了深入探究过氧化物酶体对 TRMs 体内稳态的影响，研究人员采用了一系列实验方法。首先，通过生成 Vav1cre/+Pex5fl/fl小鼠，实现了在所有造血细胞中删除 Pex5 基因，从而构建了过氧化物酶体缺陷的小鼠模型。同时，利用 C57BL/6 野生型（WT）小鼠作为对照，对不同组织中的驻留巨噬细胞进行研究。
在细胞和分子水平的检测中，运用免疫印迹分析、免疫荧光显微镜、流式细胞术等技术，对细胞表面标志物、细胞内蛋白表达以及细胞增殖、凋亡等状态进行精确检测。例如，通过检测过氧化物酶体生物发生蛋白 PEX14 和乙酰辅酶 A（CoA）酰基转移酶 1（ACAA1）的表达，来评估过氧化物酶体的丰度；利用 Annexin V 和 7AAD 染色，结合流式细胞术，准确分析细胞的凋亡情况。
在代谢研究方面，采用细胞外通量分析技术，测量氧气消耗率（OCR）和细胞外酸化率（ECAR），以此评估细胞的氧化和糖酵解代谢水平。同时，运用代谢组学和转录组学的多组学方法，全面深入地剖析细胞内代谢物和基因表达的变化，进而揭示过氧化物酶体缺陷对细胞代谢通路的影响。
此外，通过构建骨髓嵌合体和进行胎儿肝脏单核细胞（FeMos）的竞争性转移实验，研究人员深入探究了过氧化物酶体缺陷对 AMs 发育和功能的影响，明确了该缺陷在细胞自主性方面的作用机制。
实验结果
研究结果显示，过氧化物酶体的丰度在不同组织的 TRMs 中存在显著差异，AMs 中的过氧化物酶体表达水平最高，而脂肪组织巨噬细胞中的表达水平最低。在 Pex5 基因缺失的情况下，过氧化物酶体缺陷对不同器官中先天免疫细胞的稳态发育产生了不同影响。具体表现为，在脂肪组织、肝脏、腹腔和脾脏等器官中，大多数髓细胞群体并未受到明显影响，但 AMs 的数量却显著减少。这种减少现象早在出生后 4 - 5 天就已出现，并且在 6 - 7 天更为明显。同时，BAL 液中的蛋白质含量升高，表明出现了 PAP 的症状，这是由于 AMs 对表面活性剂的清除能力下降所致。此外，AMs 的表面标记物 Siglec - F 的表达也发生了改变，不过这种减少并非由细胞增殖受损引起，且对 Pparg 和 Egr2 的表达没有影响，这两个基因对于 AMs 的发育和特性至关重要。
通过竞争性转移实验和混合骨髓嵌合体实验进一步证实，肺驻留巨噬细胞的成熟和分化依赖于功能性过氧化物酶体，并且过氧化物酶体缺陷导致的表型变化具有细胞自主性。
对过氧化物酶体缺陷的 AMs 进行多组学分析发现，磷脂代谢、醚脂代谢、甘油脂代谢等相关基因集发生了显著变化。具体而言，磷脂酶 C（Plcd1 和 Plcb1）、甘油磷脂代谢相关基因以及鞘氨醇途径（Plpp2、Plpp3 和 Gla）相关基因的表达均出现了改变。尽管在过氧化物酶体缺陷的情况下，细胞内的氧化还原稳态相关基因上调，但并未检测到线粒体或细胞内活性氧（ROS）水平的明显变化。然而，体外培养的过氧化物酶体缺陷的 AMs 凋亡细胞频率更高，这表明它们更易发生细胞死亡，且这种凋亡可能与 ROS 失调无关。
脂质组学分析表明，过氧化物酶体缺陷的 AMs 中磷脂酰胆碱（PC）水平升高，而醚连接的 PC（PCe）物种减少，同时神经酰胺（Cer），尤其是 Cer42:1 的含量略有增加。进一步研究发现，过氧化物酶体缺陷的 AMs 对棕榈酸诱导的脂毒性更为敏感，其对 C??脂质的摄取增强，且负责 VLC 神经酰胺合成的 CerS2 表达上调。给予 VLC 神经酰胺处理后，过氧化物酶体缺陷的 AMs 凋亡现象更为显著，这充分说明神经酰胺积累会导致 AMs 功能障碍和存活受损。
在代谢方面，过氧化物酶体缺陷的 AMs 尽管整体 OCR 反应与对照组相当，但基础和最大糖酵解速率却显著高于对照组。同时，Glut1 表达上调，表明这些细胞对葡萄糖的利用增加；Cpt1a 表达也升高，尽管线粒体呼吸作用相当。此外，过氧化物酶体缺陷的 AMs 中（异）柠檬酸和衣康酸水平增加，通过稳定同位素标记实验证实，这些细胞中糖酵解和葡萄糖向三羧酸循环（TCA）中间体的掺入均上调，这表明过氧化物酶体缺陷的 AMs 重新调整了其中心碳代谢，呈现出 Warburg 代谢特征。
对过氧化物酶体缺陷的 AMs 线粒体表型进行分析发现，这些细胞的线粒体含量增加，线粒体膜蛋白和线粒体质量均有所上升。然而，线粒体网络分析显示，其线粒体分支长度缩短，线粒体膜电位降低，线粒体结构也发生了改变，变得更加圆钝，嵴宽度增加，这些特征均表明线粒体功能受损。研究人员推测，过氧化物酶体缺陷的 AMs 通过增加线粒体数量来补偿其生物能量需求，以维持细胞的基本功能。
最后，在流感病毒（IAV）感染实验中，过氧化物酶体缺陷的小鼠对感染的易感性增加。虽然总体体重减轻情况与对照组相当，但部分过氧化物酶体缺陷的小鼠在感染后 11 - 12 天死亡。通过 AMs 转移模型进一步验证，携带过氧化物酶体缺陷 AMs 的小鼠在感染后血氧饱和度水平更低，死亡率更高，这充分表明功能性过氧化物酶体对于 AMs 抵抗呼吸道病毒感染至关重要。
研究讨论
本研究首次揭示了过氧化物酶体在肺 AMs 稳态中的独特重要性。在众多 TRMs 中，AMs 是唯一在稳态条件下依赖过氧化物酶体生存的亚群。这一现象与 AMs 所处的高脂质、低葡萄糖微环境密切相关，这种特殊环境使得 AMs 高度依赖脂质代谢，而过氧化物酶体在脂质代谢中发挥着不可或缺的作用。例如，AMs 表达高水平的过氧化物酶体 β- 氧化限速酶酰基辅酶 A 氧化酶 1，这进一步证明了过氧化物酶体代谢对 AMs 的重要性。相比之下，肝脏库普弗细胞（KCs）虽然也涉及脂质处理，但它们更倾向于利用糖酵解和 OXPHOS 的组合，并增加氨基酸的贡献，因此过氧化物酶体脂质代谢对 KCs 的生存并非必需。
与 BMDMs 不同，AMs 在应对脂多糖（LPS）刺激时不会上调有氧糖酵解，这是由于肺泡中葡萄糖可用性有限。然而，过氧化物酶体缺陷的 AMs 却呈现出独特的代谢适应，它们同时上调了糖酵解和 OXPHOS。这种代谢变化可能与过氧化物酶体缺陷导致的脂质代谢紊乱有关，多余的 VLCFAs 可能被重新用于合成神经酰胺，从而增加了细胞对脂毒性的敏感性。此前研究发现，单核细胞来源的 AMs 在感染 IAV 后会补充肺泡龛，其具有较低的 Siglec - F 表达和较高的糖酵解活性，与过氧化物酶体缺陷的 AMs 代谢表型相似，这进一步凸显了过氧化物酶体功能障碍对代谢的广泛影响。
关于过氧化物酶体在调节肺泡空间代谢变化中的具体作用机制，目前仍有待进一步研究。推测过氧化物酶体缺陷的 AMs 中糖酵解上调可能为衣康酸合成提供柠檬酸。衣康酸作为 TCA 循环衍生的代谢物，具有免疫调节功能，能够抑制琥珀酸脱氢酶介导的琥珀酸氧化，从而调节促炎细胞因子的产生和线粒体呼吸。虽然本研究未检测到过氧化物酶体缺陷的 AMs 存在明显的促炎特征，但衣康酸的积累可能反映了细胞的氧化应激反应，因为已有研究表明衣康酸可激活 Nrf2（NF - 2E 调节因子 - 2），这是一种与氧化应激反应相关的转录因子。尽管 RNA - seq 数据显示 Nrf2 靶基因并未普遍上调，但在过氧化物酶体缺陷的 AMs 中确实存在氧化还原调节的改变，包括谷胱甘肽和半胱氨酸代谢的变化，这些变化可能是观察到的代谢物合成改变的潜在原因。这表明，氧化还原失衡而非明显的炎症反应，可能是过氧化物酶体缺陷的 AMs 代谢重编程的触发因素。
此外，本研究还存在一些局限性。虽然发现过氧化物酶体缺陷会导致线粒体功能障碍，且 AMs 可能通过增加线粒体数量来避免生物能量危机，但过氧化物酶体在维持线粒体功能方面的具体机制仍不明确，尤其是其对 AMs 的独特特异性。线粒体适应性与 LC 神经酰胺积累之间的关系也需要进一步深入研究。尽管未靶向代谢组学显示衣康酸水平升高，但无法追踪葡萄糖进入衣康酸途径的通量，这使得过氧化物酶体缺陷的 AMs 上调糖酵解的原因仍有待探索。同时，在体内通过救援实验探究 LC 神经酰胺积累引发的脂毒性是否可逆转这一问题上，研究遇到了技术困难。若能进一步开展这些实验，将有助于更全面、深入地理解过氧化物酶体在 AMs 中的作用机制。
综上所述，本研究揭示了过氧化物酶体在肺泡巨噬细胞代谢和存活中的关键作用，为深入理解免疫细胞代谢调控机制提供了重要依据，也为相关肺疾病的治疗和干预开辟了新的研究方向。未来的研究可以围绕过氧化物酶体与线粒体的相互作用机制、脂质代谢与氧化还原平衡的精细调控以及开发针对过氧化物酶体的靶向治疗策略等方面展开，有望为解决相关健康问题提供新的思路和方法。
