局部乳酸驱动的H3K18乳酰化通过NRF2依赖性树突状细胞功能障碍损害抗流感免疫

《Cell Reports》：Local lactate-driven H3K18 lactylation impairs anti-influenza immunity through NRF2-dependent dendritic cell dysfunction

　　

摘要
代谢改变在流感病毒感染过程中日益受到关注，但局部乳酸蓄积如何塑造抗病毒免疫仍缺乏明确表征。通过整合时间序列靶向能量代谢组学、单细胞RNA测序、流式细胞术和功能扰动实验，研究人员表明，流感病毒感染优先增加肺微环境中的乳酸，而乳酸抑制肺部CD8⁺ T细胞应答。机制上，胞外乳酸通过单羧酸转运体（MCT）依赖性转运进入树突状细胞（DC），并诱导一种耐受原样状态，其特征为成熟受损、共刺激减弱以及CD8⁺ T细胞启动能力降低。直接实验证据确定H3K18la是一种主要的乳酸响应性组蛋白乳酰化修饰，而多组学整合将其与增强子可及性和NRF2通路激活联系起来。功能研究进一步表明，NRF2通过强化耐受程序并限制线粒体活性氧（mtROS）依赖性XBP1剪接来促进树突状细胞抑制。总之，这些发现揭示了一条乳酸驱动的组蛋白乳酰化-NRF2通路，该通路在流感感染期间调节抗病毒免疫。

论文解读文章

流感病毒仍是全球重要的健康负担，是急性呼吸道病毒感染中最常见且导致呼吸道相关死亡的主要原因之一。尽管多数感染具有自限性，但抗病毒免疫应答不足可导致病毒不受控制地复制和下呼吸道病毒清除延迟，这是重症病例疾病进展和死亡的重要驱动因素。近年来，代谢重编程在流感病毒感染中的作用受到关注，其中乳酸曾长期被视为糖酵解的“废物”，现已被重新认识为组织微环境中的信号分子和免疫调节因子。然而，乳酸在流感感染局部肺微环境中的动态变化及其通过组蛋白乳酰化对宿主免疫细胞的具体影响，此前仍缺乏系统研究。树突状细胞（DC）作为关键的抗原提呈细胞，通过加工抗原、启动初始T细胞和分泌促炎细胞因子来协调抗病毒适应性免疫。已有证据表明，DC成熟受损或抗原提呈能力下降与重症流感感染中病毒清除延迟和死亡率增加相关。然而，流感感染期间肺内乳酸水平的具体变化及其对DC功能的影响此前基本未被探索。

针对上述问题，研究人员首先分析了重症流感患者和疾病对照者的支气管肺泡灌洗液（BALF）样本，发现流感组乳酸水平较高，但这一临床发现仅作为探索性关联。随后在对照小鼠模型中，研究人员证实甲型流感病毒（IAV）感染可优先诱导肺内乳酸蓄积，而血清及其他肺外器官乳酸无明显升高。通过多时间点靶向能量代谢组学、单细胞RNA测序（scRNA-seq）、缺氧探针染色及上皮细胞分析，研究人员发现IAV感染诱导肺上皮细胞出现缺氧和乳酸产生特征，提示上皮细胞可能参与局部乳酸富集微环境的形成。利用乳酸脱氢酶（LDH）抑制剂草氨酸钠或FX11降低乳酸产生后，肺内CD8⁺ T细胞的积累、活化、抗原特异性及效应功能均显著增强，且病毒载量下降，表明肺局部乳酸蓄积限制了抗病毒CD8⁺ T细胞免疫。进一步通过scRNA-seq和流式细胞术，研究人员发现降乳酸处理可促进DC成熟并上调共刺激分子，且使用CD11c-DTR小鼠耗竭CD11c⁺细胞后，草氨酸钠增强CD8⁺ T细胞应答的作用基本消失，而肺泡巨噬细胞和过渡态巨噬细胞的活化标志物无明显改变，从而支持乳酸主要通过DC介导的机制抑制CD8⁺ T细胞免疫。

体外实验中，研究人员用乳酸钠处理流感感染的骨髓来源树突状细胞（BMDC），发现乳酸剂量依赖性地抑制MHCII及共刺激分子CD40、CD80、CD86的表达，降低炎性细胞因子基因表达，并增强吞噬能力，呈现耐受原样DC表型。乳酸预处理的BMDC在共培养中损害OT-I CD8⁺ T细胞的早期活化和增殖，而直接预处理CD8⁺ T细胞仅轻微影响增殖，表明外源乳酸主要通过DC起作用。药理学实验显示，单羧酸转运体（MCT）抑制剂CHC可逆转乳酸的抑制作用，而腺苷酸环化酶抑制剂MDL-12和抑制内源乳酸产生的草氨酸钠无显著效应，提示外源乳酸经MCT摄取并胞内蓄积是抑制DC功能的关键。靶向酰基辅酶A代谢组学发现，外源乳酸显著升高乳酰辅酶A等物种水平，且感染后肺DC的全局组蛋白乳酰化水平随时间升高。使用p300抑制剂CPI-1612和A-485可逆转乳酸诱导的DC抑制，恢复共刺激分子和T细胞增殖启动能力。批量RNA测序显示乳酸处理使DC转录组向耐受相关程序偏移，下调抗原提呈和CD8⁺ T细胞激活相关基因。ATAC-seq分析发现乳酸优先改变增强子样区域的可及性，并与耐受相关基因表达正相关，而启动子区域的变化较弱。

在多组学整合分析中，研究人员通过Western blot筛选八种常见组蛋白乳酰化位点，确定H3K18la是乳酸响应最显著的修饰。体内肺DC中H3K18la动态变化与感染进程一致。H3K18la CUT&Tag测序显示乳酸处理重塑H3K18la图谱，其差异富集区域主要位于远端增强子样区域，并与染色质可及性和下游基因表达呈正相关。通过交集RNA-seq、ATAC-seq和CUT&Tag数据，研究人员鉴定出14个候选转录因子，其中NRF2的基序在乳酸获得性可及区域和H3K18la获得区域均高度富集，且Nfe2l2基因座附近增强子区域出现H3K18la信号和可及性增强，NRF2靶基因Hmox1和Pdcd1lg2上游的抗氧化反应元件（ARE）区域也呈现类似变化。功能实验表明，NRF2缺陷的BMDC基本逆转了乳酸诱导的共刺激分子抑制，并恢复了OT-I T细胞增殖；NRF2激动剂ML334可部分模拟乳酸效应，而抑制剂brusatol可缓解抑制。机制上，乳酸以NRF2依赖性方式降低DC中线粒体活性氧（mtROS）水平，抑制XBP1剪接，而mtROS恢复剂MitoPQ可逆转此效应，内质网应激诱导剂毒胡萝卜素也可部分恢复MHCII表达。体内给予brusatol可改善流感感染小鼠多个肺DC亚群的成熟状态，增加NP特异性CD8⁺ T细胞比例并降低病毒载量，但未显著改善体重丢失和生存率，提示全身性NRF2抑制存在抗氧化防御与免疫增强之间的平衡问题。

该研究的主要意义在于首次系统阐明了流感感染中肺局部乳酸蓄积通过H3K18la介导的染色质重塑激活NRF2通路，进而抑制DC炎症功能和抗病毒CD8⁺ T细胞免疫的机制。研究将乳酸从代谢副产物重新定义为感染微环境中的关键免疫调节信号，并揭示了组蛋白乳酰化在DC生物学中的新功能。该工作发表在《Cell Reports》。研究局限性包括：人BALF队列样本量小且对照异质；乳酸的细胞来源未直接体内证实；草氨酸钠可能影响更广泛的代谢；T细胞内在效应的体内相关性尚不明确；多组学关联未提供增强子水平的直接因果证据。未来需借助DC特异性NRF2敲除、靶向组蛋白乳酰化扰动、代谢示踪和更大规模临床队列进一步验证。总之，该研究为重症流感及相关呼吸道炎性疾病提供了靶向乳酸-乳酰化-NRF2轴的宿主导向免疫代谢策略的概念基础。