《Nutrients》：High-Calorie Diet Aggravates Lipopolysaccharide-Induced Pulmonary Inflammation in Juvenile Mice: Association of Acetate-Mediated Macrophage Polarization with AMPK/YAP Signaling
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巨噬细胞极化是儿童肺炎进展、严重程度及消退的重要调节因素。乙酸（Acetate）作为肠道微生物群产生的代谢产物，是巨噬细胞极化的关键调节因子。已有证据表明，高热量饮食（HCD）可降低乙酸水平，从而加剧肺部炎症，但其潜在机制尚不明确。目的： 本研究探讨高热量饮食
巨噬细胞极化是儿童肺炎进展、严重程度及消退的重要调节因素。乙酸（Acetate）作为肠道微生物群产生的代谢产物，是巨噬细胞极化的关键调节因子。已有证据表明，高热量饮食（HCD）可降低乙酸水平，从而加剧肺部炎症，但其潜在机制尚不明确。目的： 本研究探讨高热量饮食诱导的幼年小鼠肺部炎症加重是否与乙酸介导的巨噬细胞极化相关。方法： 通过脂多糖（LPS）雾化建立幼年小鼠肺部炎症模型，并辅以高热量饮食喂养以降低全身乙酸水平。模型建立后，收集各组小鼠的血清、肺组织、结肠组织和粪便样本。采用酶联免疫吸附测定（ELISA）、免疫组织化学（IHC）、酶偶联比色法、蛋白质印迹法（Western blotting）及流式细胞术评估肺和结肠的组织病理学变化、全身及肺部炎症水平、乙酸含量及巨噬细胞极化状态。给予外源性乙酸补充以观察其对巨噬细胞极化的调节作用，并进一步探讨下游信号通路。结果： 结果表明，高热量饮食显著降低了LPS诱导的肺部炎症幼年小鼠肺组织和粪便样本中的乙酸水平。高热量饮食增加了肺组织和血清中的促炎细胞因子（IL-1β、TNF-α、IL-6），加重了肺损伤，并使巨噬细胞极化向M1表型偏移，同时减少M2型巨噬细胞。这种失衡在肺和结肠组织中均表现明显，并伴随这些组织中p-AMPK/AMPK和p-YAP/YAP比值的降低。乙酸补充及AMPK激活剂阿卡地新（AICAR；5-氨基咪唑-4-甲酰胺核苷）处理可缓解上述效应。结论： 这些发现为高热量饮食诱导的幼年小鼠肺部炎症加重与乙酸介导的巨噬细胞极化之间的关联提供了新的见解，并提示了潜在的治疗策略。然而，鉴于缺乏AMPK抑制/敲低及YAP特异性干预实验，AMPK/YAP信号通路的参与应被解释为一种关联而非确证的因果机制。
一、研究背景与科学问题
肺炎是全球儿童发病和死亡的重要原因，病原体多样，病情轻重不一。近年来，以高糖饮料和快餐为代表的高热量饮食（HCD）消费日益增加，引发了对呼吸系统健康影响的担忧。不良饮食模式可能通过促进慢性炎症和损害宿主对呼吸道病原体的防御能力而加重肺炎。临床研究显示，超重和肥胖的支原体肺炎患儿病情更重，BMI越高临床表现越严重；实验研究也证实高热量和高脂饮食可加剧脂多糖（LPS）诱导的肺部炎症。然而，高热量饮食相关的代谢改变与儿童肺炎易感性和严重程度之间的关联机制尚不完全清楚。
巨噬细胞是参与病原体清除、抗原呈递和肺部炎症反应的关键固有免疫细胞。肺泡巨噬细胞具有显著的可塑性，经典活化的M1型巨噬细胞产生促炎介质参与宿主防御，而M2型巨噬细胞主要参与炎症消退和组织修复。巨噬细胞极化失调与过度肺部炎症和急性肺损伤密切相关。肠道微生物群通过肠-肺轴影响肺部炎症，其代谢产物短链脂肪酸（SCFAs），包括乙酸、丙酸和丁酸，具有系统性免疫调节作用，可减轻呼吸道感染和急性肺损伤期间的肺部炎症。研究已表明SCFAs调节巨噬细胞向抗炎表型极化，可能通过AMP活化蛋白激酶（AMPK）等通路实现。AMPK是SCFAs激活的重要代谢调节因子，参与巨噬细胞极化和炎症反应；AMPK活性降低可能促进YAP活化，从而偏向促炎性M1极化。研究人员前期研究发现，高热量饮食破坏肠道屏障、重塑肠道菌群，并显著降低肺炎小鼠粪便、血液和肺部的SCFAs水平，其中乙酸是肺组织中减少最显著的成分。基于此，研究人员假设高热量饮食诱导的肺部炎症加重与乙酸耗竭、AMPK活化降低及YAP信号改变相关，从而促进M1巨噬细胞极化。
二、研究内容与主要技术方法
为验证上述假设，研究人员建立了LPS雾化联合短期高热量饮食喂养的幼年小鼠肺部炎症模型，并给予乙酸补充和AMPK药理学激活干预。研究采用的主要关键技术方法包括：苏木精-伊红（H&E）染色评估肺和结肠组织病理学变化；酶联免疫吸附测定（ELISA）检测肺组织和血清中促炎细胞因子IL-1β、IL-6和TNF-α水平；酶偶联比色法检测肺组织和粪便中乙酸含量；免疫组织化学（IHC）和蛋白质印迹法（Western blotting）检测AMPK、p-AMPK、YAP和p-YAP的表达及磷酸化水平；流式细胞术分析肺和结肠组织中M1/M2巨噬细胞极化比例。实验动物为4周龄雄性SPF级C57BL/6小鼠，由北京维通利华实验动物技术有限公司提供，饲养于北京中医药大学动物设施。
三、研究结果
3.1 高热量饮食加剧LPS诱导的肺部炎症可能与乙酸相关。 通过监测体重变化、肺组织H&E染色病理分析、ELISA检测促炎细胞因子及乙酸测定发现，LPS诱导后小鼠出现肺泡壁增厚和炎症细胞浸润，高热量饮食组肺损伤更严重，炎症细胞浸润广泛且肺泡结构破坏；高热量饮食进一步显著降低肺组织和粪便中的乙酸水平；乙酸补充可减轻肺泡壁增厚、改善肺泡结构、减少炎症损伤，并显著降低促炎细胞因子水平。
3.2 高热量饮食诱导的肺部炎症加重与M1/M2巨噬细胞极化失衡及乙酸相关效应有关。 流式细胞术分析显示，与对照组相比，LPS组肺组织和结肠固有层中M1/M2巨噬细胞比值显著升高；高热量饮食组该比值较LPS组进一步显著升高；而乙酸补充组的M1/M2比值较HCD+LPS组显著降低。
3.3 高热量饮食加剧M1/M2巨噬细胞极化失衡可能与AMPK/YAP通路改变相关。 免疫组化和蛋白质印迹结果显示，与对照组相比，LPS组肺和结肠组织中p-AMPK/AMPK和p-YAP/YAP比值均显著降低；高热量饮食组的上述比值较LPS组进一步显著降低；乙酸补充组的p-AMPK/AMPK和p-YAP/YAP比值较HCD+LPS组显著升高。
3.4 乙酸补充和AMPK激活与缓解LPS及高热量饮食诱导的肺部炎症相关。 病理学检查显示，HCD+LPS+乙酸组和HCD+LPS+AICAR组均表现出肺泡壁变薄、肺泡结构清晰、融合和破裂减少、炎症损伤减轻。ELISA结果显示，与HCD+LPS组相比，两个干预组的促炎细胞因子水平显著降低。乙酸测定显示，AICAR组和乙酸组的肺组织和粪便中乙酸水平均显著高于HCD+LPS组。
3.5 乙酸补充和AMPK激活减轻了M1/M2巨噬细胞极化失衡。 流式细胞术分析表明，与HCD+LPS组相比，乙酸补充组和AICAR组在肺和结肠中均表现为M1巨噬细胞比例降低、M2巨噬细胞比例升高，M1/M2比值显著下降。
3.6 高热量饮食诱导的LPS肺部炎症加重可能与AMPK/YAP通路改变相关。 免疫组化和蛋白质印迹结果一致显示，与对照组相比，LPS组和HCD+LPS组中AMPK和YAP的磷酸化均受到显著抑制，且HCD+LPS组抑制更为明显；与HCD+LPS组相比，乙酸补充组和AICAR组在肺和结肠组织中的p-AMPK/AMPK和p-YAP/YAP比值均显著升高。乙酸补充的效果与AMPK激活剂AICAR一致。
四、讨论与结论
讨论部分指出，肺炎对全球儿童构成严重健康威胁，呼吸道和肠道微生物群失调与肺炎发病和严重程度密切相关。SCFAs作为关键微生物代谢产物，对维持儿童肺部免疫稳态至关重要，其平衡受饮食影响。研究证实高热量饮食耗竭乙酸、加剧巨噬细胞极化失衡并加重LPS诱导的肺损伤，这些效应与乙酸介导的AMPK/YAP轴调节相关。AMPK在巨噬细胞代谢与炎症的交叉点发挥关键作用，SCFAs可通过GPCRs（FFAR2/FFAR3）激活下游信号导致AMPK磷酸化；乙酸可激活AMPK并抑制促炎细胞因子释放。高糖抑制AMPK活性导致YAP活化，而AMPK通过负调控YAP维持能量稳态；YAP活化促进巨噬细胞向促炎性M1表型极化。研究提示高热量饮食诱导的乙酸减少和巨噬细胞极化失衡可能不仅涉及HIF-1α-糖酵解轴，AMPK/YAP轴也可能参与其中，同时靶向两条通路可能产生叠加保护效应。研究结论为：高热量饮食加剧LPS诱导的小鼠肺损伤的机制涉及乙酸水平降低，伴随AMPK和YAP磷酸化减少，最终加剧M1/M2巨噬细胞极化失衡。该通路不仅阐明了肺部炎症中营养敏感的炎症机制，也为肠-肺轴提供了支持，强调肠道来源的代谢产物可直接影响肺部巨噬细胞功能和损伤进展。研究同时指出若干局限性，包括高热量饮食模型的营养成分未充分表征、M1/M2二分法简化了巨噬细胞异质性、动物模型不能完全模拟人类疾病、缺乏AMPK抑制/敲低的因果证据以及仅使用雄性小鼠的性别局限性。
