ACOD1-衣康酸轴通过烷基化SHP2 Cys174增强金黄色葡萄球菌训练巨噬细胞的胞葬作用并保护哮喘

《Acta Pharmaceutica Sinica B》：ACOD1 facilitates Staphylococcus aureus-induced training of macrophages to protect against asthma via promoting efferocytosis

　　

哮喘是一种难治性疾病，其发病率因环境差异而显著不同。流行病学研究表明，早期细菌感染可降低哮喘发病率，这一现象与训练免疫（trained immunity）密切相关。然而，其潜在机制仍未完全阐明。研究人员发现，金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus，S. aureus）训练后巨噬细胞中乌头酸脱羧酶1（aconitate decarboxylase 1，ACOD1）表达上调。在S. aureus诱导的屋尘螨（house dust mite，HDM）源性哮喘保护模型中，ACOD1缺陷小鼠以及过继转移ACOD1缺陷训练巨噬细胞均导致哮喘保护丧失，并伴随哮喘性炎症和气道高反应性（airway hyperresponsiveness，AHR）显著增加。此外，研究人员证明，哮喘保护增强由训练巨噬细胞胞葬作用（efferocytosis）增强所介导。机制上，ACOD1衍生的免疫代谢物衣康酸（itaconate）烷基化含SH2结构域的蛋白酪氨酸磷酸酶2（SH2 domain containing protein tyrosine phosphatase 2，SHP2）中的Cys174，抑制其与巨噬细胞胞葬作用受体AXL的结合，从而促进训练巨噬细胞胞葬作用。总之，研究人员的发现提示，S. aureus预暴露诱导代谢重编程和巨噬细胞训练，并通过增强胞葬作用赋予哮喘保护。

哮喘是一种多因素、免疫介导的呼吸系统疾病，以支气管阻塞和慢性气道炎症为特征，全球患病人数超过3亿，带来显著疾病负担和社会经济成本；糖皮质激素和支气管扩张剂存在依赖性和耐受性问题。流行病学提示卫生假说（hygiene hypothesis）：早期微生物暴露减少与哮喘易感增加相关，微生物多样性增加可降低哮喘风险；气道暴露于大肠杆菌或Acinetobacter lwoffii str. F78等可保护过敏性气道炎症。巨噬细胞是远端肺实质中最丰富的免疫细胞，参与过敏原提呈、炎症细胞募集和Th₂活化，也是微生物感染的第一线应答细胞。训练免疫（trained immunity）可解释早期微生物暴露对哮喘易感性的长期影响，但细菌预暴露如何诱导训练反应并控制哮喘进展尚未充分研究。ACOD1（aconitate decarboxylase 1，乌头酸脱羧酶1）催化顺乌头酸脱羧生成衣康酸（itaconate），是炎症和感染中的免疫代谢调控因子，但ACOD1/衣康酸是否调控训练巨噬细胞及其后续哮喘保护作用尚不清楚。因此，研究人员利用金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus，S. aureus）诱导的哮喘保护小鼠模型，解析早期微生物感染与哮喘保护机制。该研究发表于《Acta Pharmaceutica Sinica B》。

主要关键技术方法：采用C57BL/6、Acod1^–/–和Ptpn11^+/–小鼠，建立S. aureus气道预暴露联合HDM哮喘模型；运用单细胞RNA测序、bulk RNA测序、qRT-PCR、ELISA、流式细胞术、flexiVent肺功能、H&E/PAS/免疫组化、TUNEL、巨噬细胞清除和过继转移；体外开展PKH标记凋亡细胞胞葬实验、GAS6刺激、LC–MS/MS、ITalk探针、Co-IP/免疫印迹/免疫荧光及分子动力学模拟。研究使用小鼠模型，未涉及人类样本队列。

3.1 金黄色葡萄球菌预暴露保护小鼠免于哮喘发生：研究人员建立S. aureus气道预暴露7天后HDM吸入致敏和激发模型，检测支气管肺泡灌洗液（BALF）炎症细胞、IL4/IL5/IL13、血清IgE、AHR和肺组织病理。结果显示S. aureus预暴露显著抑制嗜酸性粒细胞浸润、Th₂细胞因子和IgE水平，改善AHR并减轻炎症细胞浸润和黏蛋白蓄积，表明S. aureus预暴露可保护小鼠免于哮喘发生。

3.2 S. aureus预暴露通过代谢重编程诱导巨噬细胞训练并促进ACOD1表达：通过单细胞RNA测序（scRNA-seq）发现S. aureus+HDM组单核/巨噬细胞比例增加，差异基因富集于ATP代谢和三羧酸循环（TCA）；RNA测序及线粒体功能检测显示感染后巨噬细胞持续代谢和线粒体重塑；TCA代谢物谱显示衣康酸、柠檬酸和α-酮戊二酸升高，Acod1表达及ACOD1蛋白在肺泡巨噬细胞中升高，表明S. aureus预暴露通过代谢重编程诱导巨噬细胞训练并促进ACOD1表达。

3.3 S. aureus预暴露通过训练巨噬细胞中的ACOD1诱导过敏原保护：使用Acod1^–/–小鼠及过继转移S. aureus训练的Acod1^+/+或Acod1^–/–肺泡巨噬细胞（AMs），检测BALF嗜酸性粒细胞、Th₂细胞因子、IgE、AHR和组织病理。结果显示ACOD1缺失或转移ACOD1缺陷训练巨噬细胞消除S. aureus预暴露的哮喘保护，表明该保护依赖训练巨噬细胞中的ACOD1。

3.4 ACOD1通过诱导训练巨噬细胞胞葬作用调节S. aureus诱导的过敏原保护：对S. aureus+HDM处理的Acod1^+/+和Acod1^–/–小鼠肺细胞进行scRNA-seq及bulk RNA测序，结合qRT-PCR和TUNEL。ACOD1缺失改变巨噬细胞亚群分布，下调PI3K-AKT、FcγR介导吞噬、吞噬体成熟、内吞和吞噬通路及Cd68、Cd81等吞噬相关基因，并减少肺组织凋亡细胞，表明ACOD1介导的哮喘保护与增强训练巨噬细胞胞葬作用相关。

3.5 ACOD1-衣康酸通过AXL-AKT通路调节训练巨噬细胞胞葬作用：体外和体内胞葬实验显示S. aureus训练骨髓来源巨噬细胞（BMDMs）和AMs可吞噬凋亡上皮细胞、T细胞和中性粒细胞，ACOD1缺陷抑制该能力；4-辛基衣康酸（4OI）增强BMDMs和AMs胞葬。GAS6刺激后，ACOD1缺陷降低AXL磷酸化及下游AKT活化，而4OI增强AXL和AKT磷酸化，表明ACOD1-衣康酸经AXL-AKT通路促进训练巨噬细胞胞葬作用。

3.6 衣康酸共价烷基化SHP2半胱氨酸174并减轻其与AXL结合：LC–MS/MS检测4OI处理巨噬细胞裂解物中SHP2等蛋白半胱氨酸烷基化；ITalk探针验证SHP2 Cys174标记，C174S突变降低标记；分子动力学模拟显示衣康酸修饰Cys174；Co-IP和免疫荧光显示4OI减少SHP2与AXL结合且对SHP2 C174S无效，并降低SHP2与底物结合稳定性而不显著影响磷酸酶活性，表明衣康酸烷基化SHP2 Cys174并减弱SHP2-AXL结合。

3.7 ACOD1-衣康酸通过烷基化SHP2 Cys174促进训练巨噬细胞胞葬和过敏原保护：使用Ptpn11^+/– AMs、SHP2抑制剂SHP099及慢病毒介导SHP2 WT或SHP2 C174S巨噬细胞过继转移。衣康酸对Ptpn11^+/– AMs胞葬的激活作用减弱，SHP099恢复Acod1^–/–巨噬细胞胞葬及小鼠哮喘保护；SHP2 C174S消除4OI促胞葬作用，并使过继转移小鼠过敏原保护受损，表明ACOD1通过衣康酸化SHP2 Cys174调控训练巨噬细胞胞葬和哮喘保护。

讨论部分总结：训练免疫是先天免疫细胞在初次刺激后发生长期功能重编程，涉及表观遗传和代谢改变；既往ACOD1/衣康酸在哮喘中的作用主要涉及DC和Th₂细胞及趋化因子、嗜酸性粒细胞发育，而本研究聚焦训练巨噬细胞胞葬作用。异常胞葬作用与哮喘慢性气道炎症和组织重塑相关，促进胞葬是潜在治疗方向。SHP2参与多种炎症性肺病，本研究发现衣康酸烷基化SHP2 Cys174、降低SHP2与AXL结合，防止AXL去磷酸化并促进巨噬细胞胞葬，提示衣康酸在特定情况下可作为SHP2抑制剂。结论翻译：总之，该研究揭示金黄色葡萄球菌诱导的训练免疫赋予过敏性哮喘保护的关键机制。细菌预刺激后，ACOD1驱动巨噬细胞产生衣康酸。衣康酸烷基化SHP2的Cys174，破坏SHP2–AXL相互作用并增强巨噬细胞胞葬作用，从而减轻气道炎症。该工作凸显ACOD1–衣康酸–SHP2–AXL轴作为连接细菌暴露与抗哮喘先天免疫记忆的关键代谢–免疫轴，为过敏性气道疾病提供潜在治疗靶点。