《Free Radical Biology and Medicine》：Sdhd hypermethylation promotes succinate accumulation and NLRP3-related pyroptosis in septic lung injury
编辑推荐：
专业术语翻译（摘要部分）：脓毒症（sepsis）被定义为由宿主对感染反应失调引起的危及生命的器官功能障碍，是重症监护病房（ICU）患者死亡的主要原因。研究人员探讨了脓毒症诱导的急性肺损伤（ALI）中琥珀酸代谢与NLRP3相关焦亡之间的联系。研究发现，脓毒症肺组
专业术语翻译（摘要部分）：脓毒症（sepsis）被定义为由宿主对感染反应失调引起的危及生命的器官功能障碍，是重症监护病房（ICU）患者死亡的主要原因。研究人员探讨了脓毒症诱导的急性肺损伤（ALI）中琥珀酸代谢与NLRP3相关焦亡之间的联系。研究发现，脓毒症肺组织中琥珀酸的蓄积促进了巨噬细胞焦亡，并加剧了肺损伤。琥珀酸脱氢酶复合体D亚基（Sdhd）的下调驱动了脓毒症期间琥珀酸的蓄积。机制上，DNA甲基转移酶（DNMT）介导的Sdhd启动子高甲基化抑制了Sdhd的表达。此外，药理学抑制DNMT可逆转Sdhd启动子高甲基化，恢复琥珀酸稳态，并减轻脓毒症相关的肺损伤。这些发现确立了DNMT–SDHD–琥珀酸轴作为脓毒症潜在治疗靶点。
论文解读文章：
脓毒症（sepsis）是由宿主对感染反应失调引起的危及生命的器官功能障碍，急性肺损伤（ALI）是其常见且严重的并发症。尽管支持治疗不断进步，脓毒症相关肺损伤的分子机制仍未完全阐明。近年来，免疫代谢重编程成为免疫细胞活化的重要特征，三羧酸循环（TCA cycle）中间代谢物琥珀酸（succinate）在脓毒症中显著升高并与疾病严重程度及不良预后相关。琥珀酸可稳定缺氧诱导因子-1α（HIF-1α）并激活琥珀酸受体1（SUCNR1/GPR91），从而促进炎症反应。然而，琥珀酸蓄积如何驱动巨噬细胞焦亡，以及表观遗传机制是否参与调控琥珀酸代谢关键酶的表达，此前尚不清楚。本研究旨在探讨脓毒症肺损伤中琥珀酸蓄积的分子机制及其对NLRP3相关焦亡的影响，并评估DNA甲基化在其中的作用。
研究人员首先在盲肠结扎穿刺（CLP）诱导的脓毒症小鼠模型中给予外源性琥珀酸，发现琥珀酸补充显著加重肺损伤、降低7天生存率，并升高血清IL-1β水平，同时促进NLRP3、裂解的gasdermin D（GSDMD-N）和裂解的caspase-1表达，表明琥珀酸可增强脓毒症肺损伤中的炎症小体介导的焦亡。流式细胞术分析显示，琥珀酸补充增加了中性粒细胞浸润，并改变了肺巨噬细胞亚群分布，尤其是增加了Caspase-1阳性的间质巨噬细胞（IMs）比例。
为进一步明确焦亡与琥珀酸代谢的关系，研究人员利用脂多糖（LPS）联合三磷酸腺苷（ATP）刺激小鼠骨髓来源巨噬细胞（BMDMs）诱导NLRP3相关焦亡，并进行RNA测序（RNA-seq）。转录组分析显示，焦亡条件下TCA循环通路显著下调，多个琥珀酸代谢相关基因表达降低，且细胞裂解物中琥珀酸水平升高。通过重分析公共数据库GSE54514中的脓毒症患者全血转录组数据，研究人员发现SDHB和SDHD在脓毒症患者中持续下调，提示SDHD可能与脓毒症严重程度相关。
为了验证Sdhd的功能，研究人员通过气管内注射重组腺相关病毒（AAV）在小鼠肺组织中过表达Sdhb或Sdhd。结果显示，Sdhd过表达显著提高脓毒症小鼠的7天生存率，而Sdhb过表达无此效果。进一步研究表明，Sdhd过表达恢复线粒体复合物II活性和氧消耗率（OCR），降低肺组织琥珀酸水平，减轻肺组织病理损伤，降低血清IL-1β和肺泡灌洗液（BALF）总蛋白浓度，并减少ASC斑点阳性细胞，提示焦亡受到抑制。流式细胞术显示，Sdhd过表达减少了脓毒症小鼠肺内中性粒细胞浸润，并降低了Caspase-1阳性IMs的比例，但对肺泡巨噬细胞（AMs）无明显影响。在体外，慢病毒介导的Sdhd过表达同样降低了LPS+ATP诱导的BMDMs焦亡，表现为PI阳性细胞减少、IL-1β和乳酸脱氢酶（LDH）释放降低，以及NLRP3、GSDMD-N和裂解的caspase-1蛋白水平下降。机制上，Sdhd过表达减少了胞质和线粒体中的氧化型线粒体DNA（ox-mtDNA）水平，提示其通过减少氧化性mtDNA释放抑制NLRP3炎症小体活化。
针对Sdhd下调的上游机制，研究人员分析了小鼠Sdhd启动子区域，发现一个位于转录起始位点（TSS）上游?520至+43区域的564 bp CpG岛。甲基化特异性PCR（MSP）和亚硫酸氢盐测序PCR（BSP）显示，脓毒症小鼠肺组织中Sdhd启动子甲基化水平显著升高。同时，DNA甲基转移酶DNMT1、DNMT3a和DNMT3b蛋白表达在脓毒症肺组织中上调。使用DNMT抑制剂SGI-1027处理脓毒症小鼠后，Sdhd启动子高甲基化被部分逆转，Sdhd mRNA和SDHD蛋白表达恢复，肺组织琥珀酸蓄积减少。此外，SGI-1027治疗显著减轻脓毒症小鼠的肺损伤，降低BALF总蛋白和血清IL-1β水平，减少NLRP3、GSDMD-N和裂解的caspase-1蛋白表达，并改善了7天生存率。
本研究主要采用了以下关键技术方法：动物模型方面，使用CLP建立脓毒症小鼠模型，并通过气管内注射AAV6实现肺组织特异性基因过表达；体外实验中，分离并培养小鼠BMDMs，使用LPS+ATP诱导NLRP3相关焦亡。检测技术包括RNA测序及基因集富集分析（GSEA）、流式细胞术分析免疫细胞亚群、Western blot检测蛋白表达、MSP和BSP分析启动子甲基化、Seahorse XF96分析线粒体氧消耗率、ELISA检测细胞因子及ox-mtDNA水平。此外，研究人员还重分析了GEO数据库中的GSE54514数据集，以验证脓毒症患者全血中SDH复合物基因的表达变化。
讨论部分指出，本研究发现脓毒症相关的DNMT上调促进Sdhd启动子高甲基化，进而抑制Sdhd表达，导致琥珀酸蓄积和NLRP3介导的焦亡，并伴随ox-mtDNA释放。Sdhd过表达或DNMT抑制可逆转这一过程，减轻肺损伤并改善生存。研究还指出SGI-1027可能具有脱靶效应，未来需采用DNMT亚型特异性敲低或CRISPR-dCas9表观基因组编辑等手段进一步验证因果性。此外，研究主要基于小鼠模型和细胞实验，仍需人体样本验证其临床意义。结论部分总结认为，脓毒症诱导的DNMT上调导致Sdhd启动子高甲基化和Sdhd表达下调，这一表观遗传改变与琥珀酸蓄积及NLRP3炎症小体介导的焦亡相关，而SGI-1027可逆转该过程并减轻肺损伤，提示DNMT–SDHD–琥珀酸轴可作为脓毒症的潜在治疗靶点。
