《Respiratory Research》：Targeting PLA2G7 ameliorates high-fat diet–induced pulmonary injury in obese mice, uncovering a key mechanistic link to obesity-associated COPD
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（综述）本研究揭示肥胖相关COPD的新机制：PLA2G7作为上游介质，通过上调花生四烯酸(AA)、促进脂质ROS累积并稳定NLRP3 mRNA，驱动NLRP3炎症小体活化和细胞焦亡。该发现阐明了脂毒性在代谢-免疫交互中的核心作用，并确立了PLA2G7作为该表型潜在治疗靶点的重要性。
PLA2G7在肥胖相关COPD中的致病机制
肥胖与COPD的临床关联
慢性阻塞性肺疾病(COPD)是全球主要致残致死性疾病之一，吸烟虽是公认的主要危险因素，但近半数病例与非吸烟因素有关，其中肥胖被视为重要风险因子。流行病学数据显示，在COPD患者中超重和肥胖的患病率显著高于体重不足者，约19.1%的住院COPD患者被归类为肥胖，且COPD人群中的肥胖发病率持续上升。这种肥胖相关COPD表型以营养过剩、体重指数(BMI)增加等代谢紊乱、慢性炎症以及潜在遗传因素为特征。然而，肥胖（尤其是严重肥胖）导致COPD发生发展的确切分子机制尚未完全阐明。肥胖的一个特征是脂质过度沉积，被认为是氧化应激和持续炎症的主要诱因，这两者是COPD病理的关键环节。肺巨噬细胞在调节气道炎症中起关键作用，并作为关键的代谢感受器，改善脂质丰富环境中的炎症反应。然而，驱动COPD中巨噬细胞介导的肺损伤的特异性酶-脂质-ROS信号通路尚不完全清楚。
PLA2G7的生物学功能与本研究出发点
磷脂酶A2 VII组(PLA2G7)，也称为脂蛋白相关磷脂酶A2，是一种主要由巨噬细胞表达的分泌型酶，位于脂质代谢和炎症调节的交汇点。PLA2G7水解氧化磷脂释放游离脂肪酸，这种生物活性脂质会影响细胞脂质流动和免疫反应。除了其在肺部疾病中的作用外，PLA2G7还与多种病理过程相关，包括通过PD-L1介导的CD8+T细胞抑制进行免疫调节、通过溶血磷脂酸(LPA)/LPA2通路触发纤维化信号传导、通过释放脂质介质引发代谢性炎症，以及影响细胞程序性死亡的易感性等。尽管其功能广泛且具有治疗潜力，但PLA2G7在肥胖相关脂毒性应激下的巨噬细胞功能障碍及其在COPD进展中的作用在很大程度上仍未得到探索。为了探究这一未解问题，本研究结合肥胖COPD患者的肺组织、饮食诱导的肥胖小鼠模型以及聚焦巨噬细胞的体外系统进行了分析。
肥胖驱动的小鼠COPD样表型与PLA2G7上调
为了评估肥胖对COPD表型的影响，研究团队对小鼠进行了为期3或6个月的高脂饮食(HFD)喂养，并根据Lee‘s指数进行分层。研究发现，肥胖以体重依赖的方式驱动了COPD样病理。在轻度肥胖小鼠（Lee’s指数 360–370）中，肺泡结构和肺功能得以保持，没有明显的粘液过度分泌，但PLA2G7表达随HFD持续时间逐渐增加。中度肥胖小鼠（Lee‘s指数 370–400）显示出PLA2G7水平的进一步升高；肺部结构在3个月时保持完整，但长期HFD喂养（6个月）导致明显的肺泡损伤、粘液沉积和肺功能下降。在最肥胖的组别（Lee’s指数 >400）中，慢性HFD诱导了严重的肺泡破坏、严重的肺功能损伤、显著的粘液过度分泌、PLA2G7表达达到峰值以及加重的肝脂肪变性。这些发现共同表明，PLA2G7上调是与体重依赖性病理进展一致的分子特征。
临床样本揭示PLA2G7与疾病严重程度相关
对肥胖COPD患者肺组织的转录组学分析揭示了225个显著上调的差异表达基因(DEGs)。这些上调基因的功能富集分析强调了免疫相关通路，尤其是巨噬细胞活化。相关性分析表明，PLA2G7表达与BMI和血清脂质（总胆固醇TC和甘油三酯TG）呈正相关，与肺功能指标（FEV1/FVC和FEV1%预测值）呈负相关。单细胞聚类分析进一步确定了高脂饮食(HFD)和对照小鼠肺组织中的不同细胞群，其中关键基因PLA2G7在巨噬细胞中存在差异表达。免疫荧光染色进一步将肥胖COPD患者肺部的PLA2G7表达定位到肺巨噬细胞。
PLA2G7上调破坏花生四烯酸代谢并加剧氧化应激
对肥胖小鼠肺部的RNA-seq分析将PLA2G7确定为HFD暴露后最显著上调的基因之一。免疫荧光染色证实了广泛的巨噬细胞浸润，并且PLA2G7在这些免疫细胞中强烈共定位。上调DEGs的富集分析与巨噬细胞活化、脂肪酸代谢和氧化应激有关，其中花生四烯酸(AA)代谢途径显著富集。代谢组学分析进一步证明肥胖肺中AA及其衍生物升高，而PLA2G7沉默显著减弱了这些增加。同样，HFD喂养诱导了更高的活性氧(ROS)产生和脂质过氧化，这两者均可被PLA2G7敲低所抑制。人类肥胖COPD肺部表现出类似的分子特征：上调DEGs的KEGG富集分析揭示了脂肪酸代谢的广泛活化，其中AA代谢起核心作用。这伴随着AA积累增加和氧化应激加剧。
PLA2G7介导肥胖驱动的肺组织细胞焦亡
人类肺组织的转录组分析显示，PLA2G7、NLRP3和IL-1β在肥胖COPD患者中显著上调。相关性分析进一步证明了PLA2G7与NLRP3以及相关促炎细胞因子之间存在强烈的正相关。免疫荧光分析显示，在肥胖COPD患者的肺中，NLRP3与巨噬细胞有明显的共定位。跨物种分析确定了人和小鼠之间共享的十个保守转录本，其中PLA2G7、NLRP3和IL-1β均一致上调。为了评估PLA2G7在肥胖诱导的肺损伤中的作用，肥胖小鼠被随机分为继续HFD喂养组和接受PLA2G7基因敲除后再进行3个月HFD喂养组。与HFD喂养的对照组相比，PLA2G7缺陷型小鼠表现出更低的循环脂质水平、肺部花生四烯酸和甘油三酯积累减少、组织学和显微CT显示肺泡结构得以保留且无肺气肿样改变、粘液过度分泌减少以及肺功能改善。重要的是，PLA2G7的缺失也减弱了HFD诱导的肺组织中焦亡相关蛋白的上调和促炎细胞因子的释放。这些结果表明，PLA2G7在肥胖条件下促进了NLRP3炎症小体的活化，从而加剧了细胞焦亡并驱动COPD进展。
体外模型验证：PLA2G7敲低减轻AA水平、ROS积累和巨噬细胞焦亡
为了研究PLA2G7在脂质诱导的巨噬细胞损伤中的作用，巨噬细胞暴露于浓度递增的油酸(OA)。OA暴露导致细胞活力呈剂量依赖性下降，同时PLA2G7蛋白表达增加。酶联免疫吸附测定(ELISA)分析进一步表明，细胞内外AA水平呈剂量依赖性上升，提示OA诱导的脂质超载增强了PLA2G7表达并促进了AA积累。在OA暴露前沉默PLA2G7可显著提高细胞活力。与体内结果一致，PLA2G7敲低降低了OA诱导的细胞内ROS产生和脂质过氧化。此外，OA增加了焦亡相关蛋白水平和促炎细胞因子的分泌，而这两者在PLA2G7缺陷的巨噬细胞中均显著降低。透射电镜(TEM)也显示，OA处理的细胞呈现出典型的焦亡形态，而在PLA2G7沉默后消失。补充实验证明，敲低PLA2G7可显著减轻OA诱导的细胞毒性，而补充外源性AA则可逆转这种保护作用。此外，PLA2G7缺陷减弱了细胞内ROS生成和脂质过氧化，这些效应同样可被AA处理所逆转。同样，OA诱导的焦亡相关蛋白增加和促炎细胞因子分泌在PLA2G7缺陷细胞中被抑制，但可通过添加外源性AA得以恢复。透射电镜进一步证实，OA处理的细胞具有典型的焦亡形态，这在PLA2G7沉默的细胞中消失，但在补充外源性AA后重新出现。
花生四烯酸通过稳定NLRP3 mRNA减缓其降解
肺泡巨噬细胞暴露于AA（30 μM，24小时）显著增加了脂质ROS水平，而同时使用ROS抑制剂N-乙酰半胱氨酸(NAC, 5 mM)处理可减弱此效应。尽管脂质ROS减少，但CCK-8试验显示部分细胞死亡仍然发生，并且NAC处理后NLRP3蛋白表达呈下降趋势。这些发现表明，AA诱导的NLRP3上调并非仅由ROS介导，暗示了其他机制的存在。为了探究这一点，研究团队进行了放线菌素D(ActD)追踪试验以评估NLRP3 mRNA的稳定性。结果显示，AA处理显著增强了NLRP3 mRNA的稳定性，导致其降解速率变慢。分子对接分析揭示了AA与NLRP3 mRNA之间具有强烈的结合亲和力。分子动力学模拟证实AA结合有助于mRNA结构的稳定。具体而言，均方根偏差(RMSD)分析表明，在相同温度下，AA结合的NLRP3 mRNA构象波动减小。均方根波动(RMSF)曲线显示AA结合后单个核苷酸的灵活性降低。回转半径(Rg)分析进一步显示，在AA存在下，mRNA结构的压缩-膨胀行为更加稳定。一致地，分子内氢键分析表明，AA促进了NLRP3 mRNA内部氢键数量的增加，进一步支持了其稳定效应。此外，已知NLRP3 mRNA的降解受ZFP36、DCP2和Regnase-1调控。引人注目的是，对接结果表明，AA占据了这些酶在NLRP3 mRNA上的结合位点，从而阻止了它们的相互作用。总之，这些发现表明，AA通过增强NLRP3 mRNA的结构完整性并阻断降解酶的接近来稳定NLRP3 mRNA，最终减慢了NLRP3 mRNA的衰变。
NLRP3过表达在体外逆转PLA2G7敲低的保护作用
为了探究NLRP3是否介导了脂质应激下PLA2G7依赖的细胞焦亡，肺泡巨噬细胞在OA暴露前转染PLA2G7 siRNA，同时伴或不伴随NLRP3过表达。PLA2G7沉默显著减轻了OA诱导的ROS产生和脂质过氧化，而NLRP3过表达在很大程度上恢复了这些效应。同样，PLA2G7敲低抑制了OA暴露后焦亡相关蛋白的诱导和促炎细胞因子的分泌。值得注意的是，这些抑制效应可被NLRP3过表达所逆转。这些结果表明，NLRP3位于PLA2G7的下游，是在脂质应激下促进巨噬细胞焦亡的关键效应因子。
PLA2G7抑制减轻肥胖小鼠的肺损伤
为了评估PLA2G7在肥胖相关肺损伤中的直接作用，肥胖小鼠被喂食HFD，同时给予或不给予每日口服剂量的PLA2G7抑制剂达拉普拉迪布(Darapladib, 50 mg/kg)。达拉普拉迪布治疗显著减轻了HFD诱导的肺损伤，表现为循环甘油三酯和总胆固醇水平降低、肺部AA含量显著下降。油红O染色和生化分析证实肺部甘油三酯积累减少。H&E染色显示肺泡结构得以保留，无肺气肿迹象。AB-PAS染色显示，药物干预显著减少了气道粘蛋白分泌。肺功能测试显示，与未经治疗的HFD喂养小鼠相比有显著改善。这些发现提示，PLA2G7活性是驱动肥胖小鼠气道粘蛋白分泌和肺气肿样重塑的关键因素。DHE荧光显示过量的ROS产生，同时丙二醛(MDA)增加和超氧化物歧化酶(SOD)活性降低；所有这些变化均通过抑制PLA2G7而显著减轻。此外，肥胖与焦亡相关蛋白的更高表达以及IL-1β和IL-18分泌增加相关，而达拉普拉迪布治疗降低了这两者。这些发现表明，肥胖肺中PLA2G7的过度激活导致了COPD样的结构和功能损伤。药理学阻断PLA2G7能有效中断这一致病通路，为治疗肥胖相关的肺损伤提供了治疗益处。
PLA2G7抑制减少OA刺激的巨噬细胞焦亡
为了进一步研究PLA2G7抑制在脂质应激下对巨噬细胞的保护作用，细胞在OA暴露前用选择性PLA2G7抑制剂达拉普拉迪布预处理。达拉普拉迪布显著减弱了OA诱导的ROS产生和脂质过氧化。一致地，达拉普拉迪布处理抑制了OA刺激后焦亡相关蛋白的诱导，并显著减少了促炎细胞因子的分泌。这些发现表明，药理学抑制PLA2G7有效遏制了脂质应激诱导的巨噬细胞焦亡。
结论与展望
“肥胖悖论”给COPD的临床管理带来了复杂的挑战。虽然肥胖与多种合并症密切相关，但较高的体重指数（BMI ≥ 30 kg/m2）常常与较低的死亡率相关。然而，这种保护作用并不一致。越来越多的证据表明存在一种U形关系，即一旦BMI超过某个阈值（≥ 35 kg/m2），生存获益就会下降或消失。在这个水平上，肥胖的系统性代谢负担似乎超过了其益处，这反映在严重肥胖的COPD患者中急性加重易感性更高和住院率更高。这些非线性关系强调了分层临床策略的重要性，并表明体重指数达到或超过35 kg/m2的个体可能需要更精确和有针对性的治疗。
本研究结果提供了证据，表明肥胖本身即可引发肺部的COPD样改变。在饮食诱导的肥胖模型中，体重增加与肺泡破坏、粘液过度分泌和肺功能下降相关。当小鼠体重超过51克（Lee‘s指数 >400），大约相当于人体BMI ≥ 35 kg/m2时，出现了明显的COPD样表型。该模型为研究肥胖相关COPD的病理生物学提供了一个新的平台。
结合来自肥胖COPD患者和肥胖小鼠模型的肺组织转录组学分析，以及聚焦巨噬细胞的体外研究，确定了PLA2G7是肥胖驱动COPD的关键巨噬细胞源性介质。肥胖小鼠表现出体重依赖性的PLA2G7上调。脂质应激诱导的巨噬细胞中PLA2G7表达增加了AA水平，AA增强了膜对过氧化的敏感性并增加了脂质ROS的产生。同时，AA通过减缓其降解过程增强了NLRP3 mRNA的稳定性。这一级联反应激活了NLRP3炎症小体并引发焦亡性细胞死亡，导致肺部炎症加剧和COPD进展加速。这些结果勾勒出一个连接脂质代谢、天然免疫信号传导和程序性细胞死亡的肥胖相关肺部疾病的综合性机制框架。
从转化角度来看，体内证据强调了PLA2G7是一个有前景的治疗靶点。无论是药理学阻断还是基因缺陷抑制PLA2G7，都减轻了小鼠的肥胖相关COPD样病理，凸显了其作为治疗选择的潜力。在代谢和免疫通路的交叉点靶向巨噬细胞介导的炎症通路，可能代表了减轻代谢驱动的COPD表型疾病严重程度的新策略。
