FXR/Sptlc2信号轴促进肺泡巨噬细胞线粒体自噬并限制急性呼吸窘迫综合征肺部炎症

《Cell Reports》：Acute respiratory distress syndrome FXR/Sptlc2 signaling promotes alveolar macrophage mitophagy and limits lung inflammation

　　

肺泡巨噬细胞（alveolar macrophages，AMs）发生功能性重编程，对肺部炎症具有关键调控作用。尽管线粒体自噬（mitophagy）对线粒体质量控制至关重要，但其在急性呼吸窘迫综合征（acute respiratory distress syndrome，ARDS）期间巨噬细胞功能性重编程中的作用仍不清楚。研究人员识别出核受体Nr1h4（法尼醇X受体，FXR）是AMs中线粒体自噬的转录调控因子。FXR激活转录上调丝氨酸棕榈酰转移酶长链碱基亚基2（serine palmitoyltransferase long chain base subunit 2，Sptlc2），从而增强线粒体自噬并在炎症条件下促进抗炎巨噬细胞表型。FXR/Sptlc2轴降低氧化应激和炎症介质产生，同时增加抗炎标志物。相反，FXR缺失损害线粒体自噬，加剧肺部炎症，并在体内加重肺损伤。这些发现确立FXR/Sptlc2轴是线粒体质量控制和巨噬细胞功能性重编程的调控因子，并将其识别为ARDS的潜在治疗靶点。

急性呼吸窘迫综合征（acute respiratory distress syndrome，ARDS）时先天免疫过度激活可引起肺泡巨噬细胞（alveolar macrophages，AMs）功能失调，参与肺泡毛细血管屏障破坏和进行性肺损伤。巨噬细胞具有显著功能可塑性，促炎表型与炎症消退表型之间的平衡决定炎症反应结局；持续促炎反应放大细胞因子产生和组织损伤，而炎症消退表型促进炎症消退与组织修复。线粒体自噬（mitophagy）作为选择性清除受损线粒体的自噬形式，是线粒体质量控制的重要机制；其失调可导致线粒体活性氧（mitochondrial reactive oxygen species，mtROS）蓄积、炎症小体激活和持续炎症，而线粒体自噬激活有助于巨噬细胞代谢适应和抗炎表型获得。法尼醇X受体（farnesoid X receptor，FXR；NR1H4）是配体激活核受体，传统上调控胆汁酸和脂质代谢，近年发现其在巨噬细胞高表达并具有抗炎作用，但其是否直接调控AMs线粒体自噬及ARDS期间巨噬细胞表型重编程仍不清楚。神经酰胺（ceramides）是调节线粒体功能、氧化应激和炎症信号的生物活性鞘脂；FXR可调控包括鞘磷脂磷酸二酯酶3（Smpd3）和Sptlc2在内的神经酰胺合成相关基因，其中Sptlc2编码丝氨酸棕榈酰转移酶限速酶的关键催化组分，且在AMs中丰富表达并直接控制神经酰胺生成。基于此，研究人员提出Sptlc2可能是连接FXR信号与巨噬细胞线粒体质量控制的 downstream effector，并开展体内外研究。研究结果表明，FXR激活可转录上调Sptlc2，增强线粒体自噬，促进炎症消退型巨噬细胞表型获得，降低氧化应激和炎症介质产生，并减轻LTA（lipoteichoic acid，脂磷壁酸）诱导的ARDS肺损伤；FXR缺失则损害线粒体自噬并加重肺部炎症和肺损伤。该研究将FXR/Sptlc2轴确立为连接脂质代谢、线粒体质量控制和炎症消退的免疫代谢通路，并提示其为ARDS潜在治疗靶点。

关键技术方法概括（不超过250字）：研究人员采用LTA诱导MH-S小鼠巨噬细胞炎症模型、C57BL/6野生型（wild-type，WT）与FXR敲除（knockout，KO）小鼠LTA诱导ARDS模型及奥贝胆酸（obeticholic acid，OCA）干预；临床样本来自Daping Hospital, Army Medical University（China）2024年2月至2025年9月收治的ARDS新生儿和儿童，样本量n=7，采集不同阶段支气管肺泡灌洗液（bronchoalveolar lavage fluid，BALF）。主要技术包括透射电子显微镜（transmission electron microscopy，TEM）、mitoKeima、LC3/TOM20与TIM23/LAMP1共定位、Western blot、流式细胞术、qRT-PCR、双荧光素酶报告基因、AlphaFold 3结构预测及公共单细胞RNA测序（single-cell RNA sequencing，scRNA-seq）数据分析。

结果部分：
1. FXR在LTA诱导炎症中促进巨噬细胞抗炎功能重编程。通过流式细胞术、Western blot、qRT-PCR和免疫荧光，研究人员发现GW4064预处理可显著增加LTA刺激MH-S细胞中CD206⁺巨噬细胞比例及Arg1、CD206表达，降低iNOS表达；CD86虽轻度升高，但抗炎标志物升高更明显且促炎标志物iNOS受抑，提示向炎症消退表型转变。体内LTA诱导ARDS模型中，FXR缺失增加CD86并降低CD206，而OCA处理呈相反模式，支持FXR信号限制肺部巨噬细胞炎症激活并促进炎症消退表型获得。
2. FXR激活增强LTA刺激的肺泡巨噬细胞线粒体自噬。通过TEM、LC3-II与TIM23 Western blot、LC3/TOM20及TIM23/LAMP1共定位、细胞内ROS和mtROS检测、吞噬实验及mitoKeima，研究发现GW4064增加含线粒体自噬泡和LC3-II积累，降低TIM23，增强线粒体向溶酶体递送和线粒体自噬流，并降低LTA诱导的ROS、mtROS和吞噬活性；FXR缺失的A549细胞中线粒体自噬受损。结果表明FXR激活增强炎症巨噬细胞线粒体自噬并改善线粒体质量控制。
3. Sptlc2介导FXR依赖的炎症消退型巨噬细胞表型获得。通过LV-Sptlc2-shRNA敲低Sptlc2并结合流式细胞术、qRT-PCR和免疫荧光，研究发现Sptlc2沉默降低GW4064诱导的CD206⁺巨噬细胞比例及Mrc1、Arg1表达，增加CD86⁺CD206^-巨噬细胞和IL-6表达；在无FXR激活时，Sptlc2缺失亦降低Mrc1、Cd206、Arg1并增加Il6、Nos2表达。结果表明Sptlc2是FXR信号促进炎症消退型巨噬细胞表型的关键下游介导因子。
4. Sptlc2是FXR诱导肺泡巨噬细胞线粒体自噬所必需。通过Sptlc2敲低联合GW4064/LTA处理，Western blot显示Sptlc2沉默减弱GW4064诱导的LC3-II积累；TEM显示含线粒体自噬泡减少且线粒体蓄积；免疫荧光显示LC3与TIM23、TIM23与LAMP1共定位降低。结果表明Sptlc2通过促进自噬体形成、线粒体隔离和溶酶体降解，参与FXR诱导的线粒体自噬。
5. FXR转录激活Sptlc2表达。通过GW4064处理、FXR siRNA、FXR过表达、双荧光素酶报告基因和AlphaFold 3结构预测，研究发现GW4064增加Fxr和Sptlc2 mRNA及FXR、SPTLC2蛋白表达；FXR敲低降低Sptlc2 mRNA，FXR过表达增加Sptlc2表达并增强Sptlc2启动子报告活性；结构预测提示FXR与Sptlc2启动子存在潜在相互作用界面。结果表明FXR转录激活Sptlc2，Sptlc2是FXR下游转录靶点。
6. 线粒体自噬是FXR介导的炎症消退型巨噬细胞表型获得所必需。通过线粒体自噬抑制剂Mdivi-1处理，Western blot显示Mdivi-1降低GW4064诱导的LC3-II积累；流式细胞术和qRT-PCR显示Mdivi-1降低CD206⁺巨噬细胞比例及Arg1、Mrc1表达，增加CD86⁺CD206^-巨噬细胞和Cd86、Il6表达。结果表明线粒体自噬是FXR介导抗炎表型获得的关键机制。
7. FXR激活通过促进巨噬细胞线粒体自噬减轻LTA诱导的ARDS。通过FXR KO小鼠LTA诱导ARDS、OCA干预、肺功能评估、H&E染色、免疫组化、TEM、F4/80/TIM23/LC3免疫荧光、骨髓来源巨噬细胞（bone marrow-derived macrophages，BMDMs）分离及雷帕霉素救援实验，研究发现OCA改善肺功能、减轻肺泡损伤和炎症细胞浸润、降低IL-1β、TNF-α和iNOS表达，而FXR缺失加重呼吸功能障碍、肺泡破坏和炎症；FXR缺失减少AMs中含线粒体自噬泡及TIM23与LC3共定位，BMDMs显示FXR缺失与自噬和线粒体相关蛋白改变相关；雷帕霉素部分降低FXR缺失肺中TNF-α、IL-1β、active caspase-3和TUNEL阳性细胞。结果表明FXR通过促进巨噬细胞线粒体自噬保护LTA诱导的ARDS。
8. 人ARDS中FXR/SPTLC2表达升高与炎症消退相关。通过分析ARDS患者早期、急性期和缓解期BALF样本的qRT-PCR、胸片和氧合指数（oxygenation index，OI），以及公共scRNA-seq数据（Boyd et al.），研究发现缓解期TNF-α、IL-1β表达降低，ARG1、MRC1表达升高，NR1H4和SPTLC2表达显著升高，配对分析显示恢复期NR1H4和SPTLC2表达增加；scRNA-seq显示缓解期AMs中Tnf-α、Il6、Nos2表达逐渐降低，Arg1、Il10表达升高，Nr1h4和Sptlc2表达显著增加。结果表明FXR/SPTLC2轴激活与人ARDS炎症消退相关。

讨论部分总结：本研究识别FXR为ARDS期间巨噬细胞线粒体自噬的调控因子，FXR转录激活Sptlc2以促进线粒体自噬、促进炎症消退型巨噬细胞表型获得并保护实验性肺损伤。FXR药理激活增强线粒体质量控制、抑制炎症介质产生并缓解LTA诱导ARDS，而FXR基因缺失产生相反表型；Sptlc2敲低或Mdivi-1抑制线粒体自噬可消除这些保护效应，确立FXR-Sptlc2轴为连接脂质代谢、线粒体质量控制和炎症消退的免疫代谢通路。讨论指出，恢复巨噬细胞稳态而非广泛免疫抑制可能是限制组织损伤并保留宿主防御的策略；FXR激活在体内外均减少炎症介质并促进炎症消退型巨噬细胞特征。线粒体自噬通过清除受损线粒体限制mtROS蓄积、线粒体DNA释放和炎症小体激活，本研究通过TEM、mitoKeima、LC3/TOM20和TIM23/LAMP1共定位、线粒体蛋白周转及药理抑制等多种方法支持FXR调控线粒体自噬活性。FXR传统上被视为代谢核受体，本研究扩展其生物学功能，且GW4064与OCA两种结构不同激动剂的一致保护效应支持表型由FXR激活介导。研究还指出FXR激活轻度增加CD86但整体促进抗炎表型，反映巨噬细胞激活的动态异质性，并非经典M2极化。Sptlc2编码丝氨酸棕榈酰转移酶催化亚基，是神经酰胺从头合成限速酶；FXR转录激活Sptlc2，Sptlc2敲低削弱FXR介导的线粒体自噬增强和炎症消退表型，提示Sptlc2是必要下游介导因子。神经酰胺可独立于经典PINK1/Parkin通路调节线粒体质量控制，但神经酰胺生成与线粒体自噬体形成之间的精确分子事件尚待阐明。OCA已获临床批准，药理FXR激活减轻肺部炎症并改善肺功能，临床样本中FXR和SPTLC2表达升高与ARDS炎症消退期相关，提示治疗调节FXR-SPTLC2通路可能可行。局限包括：Sptlc2连接FXR依赖线粒体自噬的精确机制未完全阐明；需巨噬细胞特异性FXR缺陷小鼠和遗传救援实验强化因果关系；需更大前瞻性临床队列验证治疗靶点或生物标志物价值；ARDS高度异质，未来需确定FXR调控巨噬细胞线粒体自噬是否在不同病因肺损伤中保守。

研究结论翻译：总之，本研究识别出一条FXR-Sptlc2-线粒体自噬信号轴，将肺泡巨噬细胞中的脂质代谢与线粒体质量控制联系起来。通过促进线粒体自噬，FXR促进炎症消退型巨噬细胞表型获得并保护炎症性肺损伤。这些发现显著扩展了FXR的免疫代谢功能，并为ARDS期间鞘脂代谢、线粒体稳态和先天免疫之间的相互作用提供了机制见解。因此，治疗性靶向FXR-Sptlc2通路是炎症性肺疾病的一种有前景策略。