《Physiological Reports》：Ramping up the heat: Induction of systemic and pulmonary immune responses and metabolic adaptations in mice
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热浪（heatwaves）日益成为公共卫生关注问题，但多数动物研究采用突发极端热暴露，难以反映真实世界条件。本研究考察渐进式暴露于极端高温对小鼠的影响。成年雄性和雌性C57Bl/6小鼠被随机分配至热暴露组、对照组或配对喂养（pair-fed）实验组。热暴露小鼠
热浪（heatwaves）日益成为公共卫生关注问题，但多数动物研究采用突发极端热暴露，难以反映真实世界条件。本研究考察渐进式暴露于极端高温对小鼠的影响。成年雄性和雌性C57Bl/6小鼠被随机分配至热暴露组、对照组或配对喂养（pair-fed）实验组。热暴露小鼠接受单次8 h温度梯度（temperature ramp）从20°C升至38°C；对照和配对喂养小鼠保持环境温度。热暴露后的多组学（multi-omics）分析包括血清和肺细胞因子谱（cytokine profiling）、盲肠微生物组（cecal microbiome）表征、肺转录组学（lung transcriptomics）和血清代谢组学（serum metabolomics）。热暴露改变了若干血清和肺细胞因子（cytokines；包括白细胞介素-17α（interleukin-17α, IL-17α）、巨噬细胞炎性蛋白-1α（macrophage inflammatory protein-1α, MIP-1α）、MIP-1β（macrophage inflammatory protein-1β）、IL-1α（interleukin-1α）、IL-12(p40)（interleukin-12 p40）和RANTES（regulated on activation, normal T cell expressed and secreted））。随机森林（random forest）分析识别出可区分实验组的微生物分类群，其中雄性中观察到乳杆菌属（Lactobacillus）减少；然而这些效应无统计学显著性。肺转录组学揭示免疫相关基因表达变化，尤其在与B细胞活化（B-cell activation）相关的通路中。血清代谢组学提示氨基酸和能量代谢的轻度扰动，并富集甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢（glycine, serine, and threonine metabolism）通路。整合分析识别出细胞因子、基因表达和胆汁酸相关代谢物之间的关联。这些发现表明，渐进式暴露于极端高温触发小鼠的系统性和肺部反应。
极端热事件（extreme heat events）对人类、家畜和野生动物构成显著健康风险，并与心血管疾病、系统性炎症反应综合征（systemic inflammatory response syndrome, SIRS）、呼吸系统疾病就诊和慢性肺病患者不良结局相关。肺是外环境与内环境之间的重要界面，热暴露可影响肺功能、内皮屏障和炎症反应。既往动物和人类研究多采用突发极端热暴露范式，难以反映真实世界中从清晨最低温升至午后最高温的渐进式升温过程；脆弱人群在缺乏空调的建筑中面临更高风险。因此，研究人员开展渐进式环境温度梯度暴露研究，以刻画小鼠系统性和肺部免疫及代谢响应。
研究人员采用系统生物学方法，将成年雄性和雌性C57Bl/6小鼠随机分为热暴露组、对照组和配对喂养（pair-fed）组，热暴露组接受单次8 h、20°C至38°C的环境温度梯度升温，随后开展多组学（multi-omics）分析。研究结论表明，渐进热暴露触发小鼠系统性和肺部反应，激活更具选择性的肺部炎症程序，而非急性热应激典型的广泛细胞因子风暴（cytokine storm）；肺转录组显示免疫系统过程和淋巴细胞活化相关过程富集，探索性多组学整合识别出Plac8（Placenta Associated 8）、Ltb（Lymphotoxin Beta）、IL-3（interleukin-3）和GM-CSF（granulocyte-macrophage colony-stimulating factor）等候选；与早期急性热暴露研究不同，渐进热暴露对盲肠微生物组（cecal microbiome）和血清代谢组（serum metabolome）影响较小。该研究为更接近真实热浪升温模式的暴露范式提供了系统性和肺部免疫代谢证据，但因无法量化生理热应变（physiological heat strain），结果不能直接转化为人暴露于热浪的生理后果。
关键技术方法：样本来自Jackson Labs（Bar Harbor, ME, USA）的10周龄C57Bl/6小鼠，饲养于University of Iowa的AAALAC认证设施；采用单次8 h、20°C至38°C环境温度梯度暴露，设对照和配对喂养；用Bio-Plex Pro Mouse Cytokine 23-plex assay与Luminex 200检测血清和肺细胞因子/趋化因子（chemokines）；用Illumina MiSeq进行盲肠微生物组16S rRNA测序并以MicrobiomeAnalyst分析；用NovaSeq 6000 PE150进行肺RNA测序，以DESeq2和iPathwayGuide分析差异表达基因（differentially expressed genes, DEGs）和通路；用LC-MS进行血清代谢组学并以MetaboAnalyst 6.0分析；用xMWAS进行多组学网络分析。
3.1 热暴露的一般反应：通过体重、器官重量及摄食和饮水测量，发现体重和器官重量无显著组间差异；热暴露小鼠饮水量显著高于对照和配对喂养小鼠；配对喂养雌性摄食有下降趋势。
3.2 热暴露后细胞因子和趋化因子变化：研究人员据此评估肺组织和血清细胞因子/趋化因子，以刻画肺部和系统性炎症反应。
3.3 肺细胞因子和趋化因子水平：通过Bio-Plex 23-plex检测肺匀浆，23种指标中3种显著改变；雄性热暴露组肺IL-17α低于配对喂养组，雌性热暴露组肺MIP-1α和MIP-1β高于对照组和配对喂养组，雄性MIP-1α和MIP-1β无显著变化。
3.4 血清细胞因子和趋化因子水平：通过血清23-plex检测，23种指标中3种显著改变；雌性热暴露组和配对喂养组IL-1α低于对照组，雄性无变化；雌性热暴露组IL-12(p40)高于配对喂养组并呈高于对照趋势；雄性热暴露组RANTES高于对照组和配对喂养组，雌性热暴露组较配对喂养组呈降低趋势。
3.5 热暴露后微生物组变化：通过盲肠微生物组测序分析，雌性和雄性α多样性（alpha diversity）和β多样性（beta diversity）均无显著变化；随机森林分析识别20个分类群可区分实验组，但Mann–Whitney U检验显示热暴露未显著影响这些分类群相对丰度。
3.6 热暴露后肺转录组效应：通过肺RNA测序和主成分分析（principal component analysis, PCA），未见组间基因表达谱明显分离，但热暴露引起显著转录组改变，iPathwayGuide分析显示主要影响免疫活化相关生物过程。
3.7 热暴露与对照小鼠肺中改变的生物学过程：比较热暴露与对照，雌性90个基因上调、31个下调，雄性105个上调、48个下调；免疫系统过程和淋巴细胞活化在两性均显著改变；雌性另有免疫球蛋白介导免疫反应、B细胞介导免疫和免疫反应改变，雄性另有白细胞活化、细胞活化和B细胞活化改变；两性共有Fcer2a、Cd19、Ighd和Gapt上调。
3.8 热暴露与配对喂养小鼠肺中改变的生物学过程：比较热暴露与配对喂养，雌性91个基因上调、46个下调，雄性207个上调、80个下调；免疫相关过程显著改变，雌性另有免疫系统过程和适应性免疫反应改变，雄性另有细胞活化和免疫反应改变；两性未检出共享DEGs。
3.9 热暴露共有的肺转录组反应：通过共享DEG分析，雌性热暴露与对照及配对喂养比较共享Ly6d、Igkv3-4、Fcrl1、Cd19、Cd37、Gimap3和Tbx21；雄性共享Egr3、Ccr3、Cd79a、Egr1、Fcer2a、Ighd和Rab3c；这些基因涉及B细胞标志、免疫球蛋白组分、转录调节及趋化/信号通路。
3.10 热暴露后血清代谢组变化：通过LC-MS血清代谢组学、偏最小二乘判别分析（partial least squares discriminant analysis, PLS-DA）、热图、随机森林和KEGG富集分析，热暴露与对照有分离而配对喂养组重叠；随机森林候选代谢物在雌性为N-Ac-glutamate、pseudouridine和N-Ac-alanine，在雄性为N-Ac-phenylalanine和ornithine，但ANOVA均无显著差异；KEGG富集显示雌性8条、雄性20条通路受影响，两性均涉及甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢；雌性热暴露较配对喂养有苏氨酸升高和胱硫醚降低；总体代谢物改变较小。
3.11 网络分析：通过xMWAS相关网络整合肺DEGs、血清代谢物、血清细胞因子和肺细胞因子，比较热暴露与对照、热暴露与配对喂养、配对喂养与对照，以刻画系统性和肺部免疫代谢关联。
3.12 热暴露与对照相关网络：雌性网络含2簇、36个正相关，肺IL-1α为中心并与血清IL-4、IL-9、IL-2及胆汁酸正相关，血清IL-3与7个DEGs正相关；雄性网络含8簇、39个正相关和16个负相关，肺IL-10、肺MIP-1α、肺RANTES、血清IL-1α和血清IL-2为中心；Plac8和Ltb在两性网络中出现。
3.13 热暴露与配对喂养相关网络：雌性网络含5簇、72个正相关和9个负相关，胆汁酸和次牛磺酸中心连接多种肺细胞因子，尿苷二磷酸-N-乙酰葡糖胺（UDP-GlcNAc）呈负相关枢纽；雄性网络含5簇、19个正相关和11个负相关，iso-leucine/allo-isoleucine为中心，血清IL-1α和肺MIP-1α等为枢纽；Plac8在两性具枢纽性，Ltb见于雌性网络。
3.14 配对喂养与对照相关网络：雌性网络含2簇、6个正相关和25个负相关，血清IL-13和IL-4为双枢纽并与14个DEGs负相关，N-乙酰天冬氨酰谷氨酸（NAAG）与血清IL-1α正相关；雄性网络含4簇、7个正相关和28个负相关，β-鼠胆酸（β-muricholic acid）为中心，与血清IL-4正相关、与血清IL-17A、RANTES、TNF-α及肺IFN-γ、IL-9、IL-1α负相关；这些网络与食物限制的代谢适应一致，不同于热暴露网络。
讨论部分总结：渐进热暴露未显著改变摄食，而突然热暴露常抑制摄食，提示该模型热适应不伴代偿性低摄食；雌性配对喂养摄食下降趋势限制比较；热暴露小鼠饮水量增加。肺和血清细胞因子改变呈有限模式，CC趋化因子（CC chemokines）升高提示免疫细胞募集；IL-1α在热暴露和配对喂养雌性中共同降低，不能归因于热量限制，原文提及下丘脑-垂体-肾上腺（hypothalamic-pituitary-adrenal, HPA）轴激活或定时喂食的昼夜/进食模式效应。微生物组多样性无变化，随机森林分类群未通过单变量检验，渐进模式影响较急性暴露小。肺转录组以免疫活化为主，涉及B细胞活化、免疫球蛋白产生、炎症信号、转录因子、趋化因子受体和生存相关基因。血清代谢组变化小且无显著代谢物，甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢通路在两性受影响；与急性热暴露研究不同，需更大样本和靶向代谢组学。网络分析将Plac8、Ltb、IL-3和GM-CSF列为候选；配对喂养网络符合食物限制的胆汁酸稳态和炎症信号适应，支持热效应非单纯摄食减少。局限包括无法在暴露中测核心体温和行为、内部热剂量未知、仅急性终点且无恢复或长期评估。
研究结论翻译：本研究考察渐进环境温度梯度（ambient temperature ramp）引起的系统性和肺部效应，该梯度旨在模拟环境极端热事件中的渐进升温，以阐明环境温度升高如何影响小鼠的系统性和分子参数。渐进热暴露激活了更具选择性的肺部炎症程序，其特征为趋化因子和细胞因子水平升高，而非诱导急性热应激典型的广泛细胞因子风暴。转录组谱分析显示，与对照相比，热暴露雌性和雄性小鼠肺中两个免疫相关生物学过程“免疫系统过程”（Immune System Process）和“淋巴细胞活化”（Lymphocyte Activation）富集。探索性多组学整合识别出上调基因Plac8和Ltb以及IL-3和GM-CSF，作为未来热暴露肺部效应机制研究的候选。与早期急性热暴露研究不同，渐进热暴露对盲肠微生物组和血清代谢组仅有小的影响。总体而言，研究人员的发现提示复杂免疫代谢（immunometabolic）过程塑造小鼠对该研究中所考察的渐进热暴露模式的肺部反应。由于无法量化生理热应变，研究结果不能转化为人暴露于热浪的生理后果。未来研究应阐明该热暴露模式后驱动肺部效应的分子事件的时间顺序，以及这些事件是否因性别而异。需要进一步研究以确定观察到的免疫代谢和肺部反应在不同持续时间和模式的热暴露下是持续、消退还是改变。
