代谢重编程揭示糖酵解转换及IRG1/衣康酸/NF2L2轴调控炎症小胶质细胞的神经毒性氧化应激

这篇研究通过代谢组学分析揭示了小胶质细胞在脂多糖（LPS）和白细胞介素-4（IL4）刺激下的代谢重编程特征，发现促炎状态下糖酵解活性增强，并鉴定出IRG1/衣康酸/NF2L2（NRF2）信号轴在调节氧化应激和神经毒性中的关键作用，为神经炎症疾病提供了潜在治疗靶点。

　　

代谢分析揭示小胶质细胞激活状态的代谢特征

研究团队采用极性代谢组学分析和细胞能量代谢测定，系统比较了促炎刺激（LPS）和抗炎刺激（IL4）对BV2小胶质细胞及原代小胶质细胞的影响。免疫印迹结果显示，LPS处理3小时内即可诱导一氧化氮合酶2（NOS2/iNOS）表达，而IL4在5小时后显著上调精氨酸酶1（ARG1），证实6小时为观察代谢变化的理想时间窗。

通过液相色谱-高分辨质谱（LC-HRMS）在正负离子模式下检测到4614和4489个代谢特征，经严格筛选后鉴定出49个关键代谢物。主成分分析（PCA）显示LPS和IL4处理组形成独立聚类，表明两种刺激引发显著不同的代谢模式。

糖酵解和TCA循环的差异化调控

LPS刺激显著上调糖酵解中间产物：

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  二磷酸果糖（d-Fructose-bisphosphate）升高40倍

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  磷酸烯醇式丙酮酸（Phosphoenolpyruvate）增加39.9倍

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  甘油-3-磷酸（Glycerol-3-phosphate）上升1.8倍

三羧酸循环（TCA）中，衣康酸（Itaconic acid）在LPS组激增18.6倍，而琥珀酸（Succinic acid）下降至对照组的10%，提示衣康酸通过抑制琥珀酸脱氢酶（SDH）阻断TCA循环通量。相比之下，IL4处理使苹果酸（Malic acid）增加1.5倍，但未影响衣康酸水平。

能量代谢的动态监测

海马能量代谢分析仪（Seahorse）实时监测显示：

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  LPS刺激使细胞外酸化率（ECAR）提升2.5倍，表明糖酵解活化

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  寡霉素处理后ECAR进一步升高，证实糖酵解补偿性增强

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  最大呼吸容量下降35%，显示线粒体功能受损

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  氧消耗率/ECAR比值降低，确认代谢向有氧糖酵解转变

IRG1/衣康酸/NRF2轴的调控机制

免疫印迹显示LPS处理6小时使：

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  免疫应答基因1（IRG1）蛋白表达增加3.2倍

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  核因子E2相关因子2（NF2L2/NRF2）水平升高2.8倍

基因沉默实验证实：

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  Acod1（编码IRG1）敲除使Nos2、Il1β、Il6 mRNA表达提升2-3倍

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  但线粒体活性氧（mtROS）和神经毒性未受影响

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  Nfe2l2敲除则使IL1β和IL6分泌增加40%，同时使mtROS升高2.1倍

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  共培养实验中神经元死亡率从25%增至42%

原代细胞的验证

在原代小胶质细胞中：

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  Acod1沉默使LPS诱导的Nos2表达增加1.8倍

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  ECAR升高幅度减少35%，OCR/ECAR比值趋于正常化

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  证实BV2细胞的发现具有生理相关性

治疗潜力与机制启示

该研究揭示：

1. 1.

   衣康酸具有双重调控作用：

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     正反馈：通过抑制SDH促进糖酵解和促炎因子产生

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     负反馈：激活NRF2减轻氧化损伤和神经毒性

2. 2.

   代谢干预策略可能包括：

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     衣康酸衍生物（如4-辛基衣康酸）

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     KEAP1-NRF2相互作用抑制剂

3. 3.

   为阿尔茨海默病、帕金森病等神经退行性疾病的治疗提供新靶点

这项研究首次系统阐明了小胶质细胞代谢重编程与功能调控的分子关联，为理解神经炎症疾病机制和开发靶向疗法奠定了重要基础。