Science Advances丨心磷脂通过调节复合物 II 的分解和降解来协调炎症代...
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发布时间：2024-10-24 11:21
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时间：2024-10-31 18:27
摘要
巨噬细胞代谢可塑性使其能够重新分配电子传输从能量产生转向炎症和宿主防御。改变的呼吸复合体II功能与癌症、糖尿病和炎症相关，但其调节机制仍不清楚。本研究揭示了巨噬细胞炎症激活引发复合体II的解体与琥珀酸脱氢酶B亚基的丢失，通过隔离和选择性线粒体自噬过程。线粒体裂变支持脂多糖刺激的琥珀酸脱氢酶B亚基B的降解，但不支持隔离。研究者假设心磷脂（cardiolipin，CL）可能作为这一复合体II调节机制的关键协调者。心磷脂合酶敲低可阻止脂多糖诱导的代谢重编程和复合体II的解体、隔离和降解。心磷脂耗尽的巨噬细胞在脂多糖诱导的促炎细胞因子产生中存在缺陷，部分通过复合体II抑制得到挽救。
实验结果1
巨噬细胞炎症激活破坏复合体II亚基SDHB
用脂多糖（LPS）激活Toll样受体4（TLR4）会触发巨噬细胞中的深刻代谢重塑，以牺牲氧化磷酸化为代价，通过有氧糖酵解产生三磷酸腺苷（ATP）。与之前的研究一致，LPS刺激后6小时，鼠巨噬细胞的耗氧率降低，细胞外酸化率增加。LPS刺激后24小时，呼吸复合体II（Complex II）亚基SDHB而非亚基A（SDHA）选择性耗竭。此外，NADH脱氢酶泛醌β复合物亚基8（NDUFB8）减少，而细胞色素b-c1复合物亚基2（UQCRC2）和ATP合酶F1亚基α（ATP5A）减少。在永生化和原代骨髓来源的鼠巨噬细胞中，LPS会引发SDHB的丢失。在原代人单核细胞来源的巨噬细胞（hMDM）中，LPS同样调节复合体II，导致SDHB而非SDHA降低，复合体II活性在LPS后24小时丧失。
为了研究LPS处理如何影响复合体II的组装，作者通过免疫沉淀SDHA并测量其他代表性RC亚基的免疫共沉淀。发现只有SDHB在未刺激条件下与SDHA共免疫沉淀，表明复合体II很少与其他呼吸复合物形成超复合物。LPS刺激后8小时触发了SDHA和SDHB的解离。BN-PAGE和IB分析显示，在LPS刺激后8小时和24小时，SDHA的天然复合物II减少，复合物II解离的SDHA相应增加，可能代表SDHA单体或与其他蛋白质结合。复合物III、复合物IV和复合物V的组装不受LPS刺激的干扰。与LPS和IFN-γ共同刺激相比，单独的巨噬细胞LPS刺激似乎对呼吸复合物的干扰程度更小。复合体II的分解与酶活性降低相关。复合体II的药理学抑制足以刺激巨噬细胞的糖酵解。因此，复合体II的分解和不稳定导致功能失活，引起巨噬细胞炎症激活过程中的呼吸缺陷和糖酵解增加。
实验结果2
复合体II亚基SDHB在巨噬细胞炎症激活过程中通过选择性线粒体自噬被隔离和降解
LPS刺激下，复合体II亚基SDHB而非SDHA的选择性缺失可通过多种机制实现，包括基因表达和蛋白水解途径。LPS刺激过程中复合体II的亚细胞定位被探索，通过免疫荧光染色和高分辨率共聚焦荧光显微镜观察SDHA和SDHB亚细胞定位。SDHB被局部隔离在线粒体网络中，然后传递到内溶酶体区室。存在巴弗洛霉素A1（Baf A1）时，SDHB对LPS的反应效率较低，表明SDHB可以通过递送至内溶酶体隔室而被降解。动力蛋白相关蛋白（DRP1）依赖性线粒体裂变会生成小的（约1μm3）片段化线粒体，这些线粒体可以被自噬机制识别并捕获以进行处理。DRP1耗尽会抑制LPS诱导的SDHB传递到LAMP1阳性区室。DRP1敲低的巨噬细胞能够隔离SDHB，但推断它们不能从线粒体网络释放SDHB斑点以进行降解。
实验结果3
CL许可巨噬细胞炎症激活过程中的代谢重塑
LPS刺激会触发SDHB的选择性线粒体自噬，而其他线粒体蛋白（如SDHA）得以幸免。先前的工作已经确定线粒体磷脂CL在暴露于线粒体表面时调节线粒体自噬，这是一种在LPS刺激期间发生的现象。此外，CL促进呼吸复合物的超分子组织和功能，并且可以在生化纳米圆盘环境中稳定复合体II。因此，作者假设CL接近和/或与复合体II的相互作用可能控制LPS刺激期间SDHB的选择性线粒体自噬。敲低CL生物合成途径中的末端酶，即CL合成酶（CRLS1 KD），验证了对CRLS1和CL水平的影响。虽然CRLS1 KD巨噬细胞维持明显正常的基础代谢，但CL生物合成的破坏损害了巨噬细胞抑制呼吸并在LPS刺激期间转换为有氧糖酵解的能力。
实验结果4
巨噬细胞炎症激活过程中复合体II的去稳定化和隔离需要CL生物合成
用LPS刺激巨噬细胞会触发TCA循环的重新布线，这与炎症性巨噬细胞极化有关。作者确定了CL生物合成在LPS刺激的巨噬细胞的整体代谢重塑中的关键作用，测试了CRLS1 KD巨噬细胞在响应LPS时改变TCA循环代谢物的能力是否存在缺陷。LPS刺激期间，CRLS1 KD巨噬细胞在TCA循环中触发CRLS1依赖性中断，从而使复合体II的底物琥珀酸积累，下游代谢物苹果酸和天冬氨酸被耗尽。此外，作者观察到在LPS刺激的CRLS1 KD巨噬细胞中衣康酸的积累减少，这是一种通常与复合体II功能障碍相关的表型。在CRLS1 KD巨噬细胞中，复合体II分解和抑制依赖于CL生物合成，而不是酰基链重塑。
实验结果5
CL生物合成和复合体II活性的调节对于巨噬细胞的早期炎症反应至关重要
复合体II通过HIF-1驱动的炎症基因表达参与巨噬细胞炎症功能。作者假设CL和复合体II之间的相互作用可能调节巨噬细胞炎症程序。用LPS刺激NT-Control和CRLS1 KD巨噬细胞，测量标志性炎症基因IL-6和TNF的转录水平。与NT对照相比
