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★ 前言 ★2023年10月9日南波希米亚大学理学院分子生物学与遗传学系Adam Bajgar团队《EMBO

 

★ 前言 ★2023年10月9日南波希米亚大学理学院分子生物学与遗传学系Adam Bajgar团队《EMBOJOURNAL》杂志上在线发表了题为“Macrophage-derived insulin antagonist ImpL2 induces lipoprotein mobilization upon bacterial infection

”的研究性论文。该研究证实，与果蝇类似，哺乳动物免疫激活的巨噬细胞也以HIF1α依赖性方式产生ImpL2同源物IGFBP7，这些细胞产生的IGFBP7增强可诱导肝细胞动员脂蛋白。

01背景介绍免疫反应是一个需要能量的过程，必须与系统代谢变化相协调，将营养物质从储存库重新导向免疫系统尽管这种相互作用对免疫系统的功能至关重要，但其潜在机制仍然难以捉摸数据显示，果蝇巨噬细胞的促炎极化与胰岛素拮抗剂。

ImpL2的产生是通过转录因子HIF1α的活性联系在一起的ImpL2的产生反映了活化巨噬细胞的营养需求，随后会损害脂肪体内的胰岛素信号，从而引发FOXO驱动的脂蛋白动员这种代谢适应是免疫系统功能和个体抗感染能力的基础。

因此，巨噬细胞产生的ImpL2/IGFBP7代表了一种进化保守机制，巨噬细胞通过这种机制减轻中央代谢器官中的胰岛素信号，从而在细菌感染时确保其功能所需的营养物质02图文解析

图1要点1：A.研究人员发现，在整个个体水平上测量时，感染的急性期伴随着两种主要储存分子，糖原(GLY)和甘油三酯(TG)的消耗这与在脂肪体中观察到的模式是一致的，脂肪体是构成哺乳动物肝脏和脂肪组织功能的器官。

B.在该组织中，所有分析的碳水化合物和脂质水平在感染后显着降低C-D.脂滴直径的显著减小及其在受感染果蝇脂肪细胞中占据的面积进一步证明了脂质储存的消耗，这是由中性脂染色的脂肪体共聚焦图像量化的E.使用脂质组学分析检查脂肪体脂质含量显示，该器官中脂质储存的消耗伴随着脂质成分的显著变化。

F.在对照蝇的脂肪体中，主要储存脂质甘油三酯占主导地位，但感染后其相对含量显著下降，取而代之的是极性脂质(磷脂酰胆碱（PC）;磷脂酰乙醇胺(PE)和二甘油酯(DG)，昆虫体内脂质的一种运输形式与此相反，感染后循环中碳水化合物和脂质滴度明显升高。

这些观察结果表明，感染伴随着能量储存的消耗和营养物质通过循环在组织之间重新分配G.为了研究被动员的营养物质是否为激活的免疫系统提供代谢支持，分析了24 hpi时巨噬细胞的代谢谱与未感染的对照组相比，从感染个体分离的巨噬细胞显示出所有分析的碳水化合物和脂质水平升高。

脂质组学分析显示，与对照组相比，感染激活的巨噬细胞的总脂质含量增加了3.5倍(图EV1B)H.此外，感染影响这些细胞的脂质组成，显示极性脂质的水解形式(溶血磷脂酰胆碱，LPC;lysophosphatidylethanolamine)，可能归因于循环脂蛋白的内吞作用增加和类二十烷酸的产生。

I.为了进一步表征感染诱导的脂质从脂肪体到巨噬细胞的再分配，给果蝇喂食了13C标记的游离脂肪酸(13C-FFAs)混合物，并监测它们立即进入组织而在对照组中，大部分13C-FFAs最终进入脂肪体，只有一小部分进入巨噬细胞，这一比例在感染后完全逆转。

由于对照组和受感染的果蝇显示出相当的饮食摄入量，因此可以排除将观察到的差异归因于感染引起的厌食症的可能性J.总的来说，数据表明，感染伴随着全身代谢的重排，导致脂质从中央代谢器官重新分配到循环和激活的免疫系统。

为了探索所观察到的代谢变化是由巨噬细胞信号因子诱导的可能性，在感染后对这些细胞进行了详细的分析

图2要点2：A.基因集富集分析显示，随着免疫相关过程的激活，巨噬细胞的细胞代谢发生了显著变化感染激活的巨噬细胞减弱了参与线粒体生成ATP的基因的表达，同时增强了参与脂质和胆固醇代谢调节的基因的表达这些数据进一步扩展了之前的观察结果，即果蝇巨噬细胞的杀菌极化与细胞代谢向有氧糖酵解的重塑相结合。

B.进一步确定了几个信号因子，其诱导与感染诱导的巨噬细胞极化密切相关C.从几个候选基因中，选择了ImpL2进行进一步的研究，因为它在巨噬细胞中高度表达，对感染的反应增加最为显著，并且之前已被证明有可能影响全身脂质代谢。

其他潜在的候选信号因子Unpaired 3(Upd3)和Egr(Egr)与ImpL2一起进行了测试，但最初的实验已经表明，Upd3和Egr在感染期间对脂肪体脂质动员的影响都可以忽略不计(附录图S1-S6)。

为了研究ImpL2表达的空间格局，使用了携带荧光ImpL2报告基因(ImpL2Gal4>UASmCherry)的蝇株D.发现ImpL2启动子活性为几乎只存在于巨噬细胞中，在果蝇巨噬细胞标记物NimC1阳性的细胞中强烈产生ImpL2-mCherry信号就证明了这一点。

接下来，研究了在这些细胞中控制ImpL2表达的机制E.鉴于HIF1α是感染期间巨噬细胞代谢重塑的主要调节因子，评估了其对ImpL2表达的影响巨噬细胞特异性敲低Hif1α(Crq>Gal4)UAS-GFP,Hif1αRNAi)消除了感染诱导的这些细胞中ImpL2表达的增加。

F.Chip-qPCR分析显示，HIF1α与ImpL2启动子的直接结合进一步证实了这种相互作用G.综上所述，目前的数据表明，促炎巨噬细胞的代谢重排与ImpL2表达耦合，因为这两个过程都受相同的转录因子HIF1α控制。

这意味着ImpL2可能作为促炎巨噬细胞产生的信号，反映了它们新采用的与特定营养需求相关的代谢程序

图3要点3：A.因此，即使在控制条件下，巨噬特异性过表达ImpL2也足以模拟感染引起的变化这些形态学变化可归因于脂质从脂肪体向循环系统的再分配，如甘油三酯、胆固醇和胆固醇酯水平所证明的那样，它们在脂肪体中降低，在循环系统中升高。

由于所有这些代谢物对处理和基因操作的反应模式相同，为了简单起见，它们在主图中显示为“脂质”，并在扩展视图文件中单独显示B-C.虽然Mϕ-ImpL2RNAi可防止感染引起的脂肪体脂质耗竭及其随后在循环中升高，但即使没有感染，这些变化也仅由Mϕ-ImpL2CDS引起。

D-E.脂肪体脂质组学进一步表明巨噬源性IMPL2在感染时脂质动员中起核心作用Mϕ-ImpL2RNAi抑制了脂肪体中脂质种类比例的特征感染引起的变化，表现为PC,PE和DG丰度的增加，而即使在控制条件下，在携带Mϕ-ImpL2。

CDS的苍蝇的脂肪体中也可以观察到这些脂质种类的富集为了了解impl2诱导脂肪体变化的机制，测量了参与脂肪分解的基因的表达模式(brummer,bmm;激素敏感脂肪酶(Hsl)和脂蛋白(载脂蛋白脂转运颗粒，Apoltp;apolipophorin apolpp;神经肽样前体2,Nplp2;微粒体三酰甘油转移蛋白(Mtp)。

感染后，脂肪体中所有这些基因的表达均显著升高，bmm、Apoltp、apolpp和Mtp的表达模式似乎依赖于巨噬细胞来源的ImpL2有趣的是，所有这些基因都是已知的FOXO靶点，这意味着该转录因子参与了IMPL2效应的介导。

两个常用的FOXO读出，在感染和Mϕ-ImpL2操作方面显示出类似的表达模式与由Mϕ-ImpL2操作引起的代谢效应一致，通过使用另一种ImpL2RNAi蝇系也实现了相同的代谢效应感染也导致脂肪体中Hsl和交换脂蛋白Nplp2的表达增加，然而，它们的表达不受Mϕ-ImpL2操作的影响，这提示了它们的调节的另一种机制。

图4要点4：为了确定FOXO是否在脂肪体中发挥IMPL2效应的作用，决定分析其亚细胞定位及其在感染诱导的脂滴形态变化中的作用虽然FOXO在正常生理条件下均匀分布在细胞核和细胞质之间，但在代谢应激下，FOXO主要成为细胞核。

A.这种易位也发生在细菌感染期间;然而，它会被Mϕ-ImpL2RNAi损伤，并且即使在未感染的个体中也可以被Mϕ-ImpL2CDS诱导B-D.此外，正如脂质记录的那样，携带半胚性foxo等位基因和Mϕ-ImpL2。

CDS的果蝇不会表现出脂质消耗，否则在Mϕ-ImpL2CDS果蝇中观察到脂肪细胞中的液滴形态综上所述，巨噬细胞来源的IMPL2对脂肪体脂质代谢的影响是由转录因子FOXO介导的，FOXO是感染时动员脂质储备所必需的。

图5要点5：A-B.该信号在对照蝇中主要定位于质膜，在感染个体中变得更细胞质化，记录了感染蝇脂肪体中PI3K信号的减少由于在感染过程中，即使在控制条件下，Mϕ-ImpL2CDS也会表型化tGPH定位，因此假设巨噬细胞来源的ImpL2在感染后会使脂肪体中的PI3K酶活性沉默。

巨噬细胞来源的ImpL2对脂肪体中FOXO和PI3K活性的影响表明，ImpL2的作用可能是通过沉默胰岛素信号来介导的，因为这两个因素在果蝇的胰岛素信号传导中起着核心作用这与先前描述的ImpL2作为胰岛素信号拮抗剂的功能是一致的，它对循环胰岛素和果蝇胰岛素样肽具有高亲和力。

因此，目的是研究胰岛素信号对感染时脂质储存再分配的影响为此，利用脂肪体特异性Gal4驱动因子C-D.虽然未感染的果蝇脂肪体(FB>InRDN和FB>PTENCDS)中胰岛素信号的沉默会导致该器官中脂质储存的消耗及其在循环中的积累，胰岛素受体(FB>InRCA)的组成性激活不允许脂质在这两个隔室之间重新分布，否则在感染时就会观察到。

与先前观察到的脂肪体中脂滴的形态一致，携带FOXO亚型等位基因(foxohypo)的果蝇感染后不能诱导脂质从脂肪体进入循环，携带FOXO亚型等位基因和巨噬细胞特异性过表达ImpL2的果蝇这些数据进一步支持了结论，即ImpL2的代谢作用是通过激活FOXO转录程序介导的。

E.此外，对脂肪体中胰岛素信号的操纵也会影响脂肪组织中参与脂蛋白(Apoltp,apolpp,Mtp)组装和动员的基因的表达，上述研究已证明，这些基因对Mϕ-ImpL2操作有反应F-G.正如预期的那样，脂肪体特异性敲低参与脂蛋白组装和动员的基因(Apoltp,apolpp,Mtp;RNAi)干预了感染诱导的脂肪体中脂质储存的消耗及其进入循环的动员。

H.尽管巨噬细胞来源的IMPL2对脂肪体中胰岛素信号传导的作用尚未得到明确证明，但数据表明，IMPL2对脂质储存动员的作用可能是通过脂肪体中胰岛素信号传导的衰减介导的，从而通过FOXO诱导的转录程序增加了进入循环的脂蛋白的产生。

图6要点6：A.而对照基因型蝇的感染导致活化巨噬细胞中13C-FFAs的积累增强当脂肪体消耗殆尽时，这种影响在携带了Mϕ-ImpL2RNAi的果蝇中显著减弱与此相反的是，仅使用Mϕ-ImpL2CDS就能提高感染蝇和对照蝇巨噬细胞中的

13C-FFAs水平值得注意的是，没有观察到任何感染引起的厌食症的迹象，而在果蝇中，无论治疗方式或基因型，都没有观察到类似的饮食摄取B.这与对照基因型感染蝇的巨噬细胞中脂质含量升高是一致的，这在携带了Mϕ-ImpL2。

RNAi的蝇中不存在，但可以在未感染的蝇中通过Mϕ-ImpL2CDS诱导这些数据表明，巨噬细胞来源的ImpL2是增强免疫系统脂质可用性及其在活化巨噬细胞中的积累所必需的此外，评估了impl2诱导的代谢变化对免疫功能和感染抵抗力的重要性。

在这方面，评估了巨噬细胞中操纵IMPL2产生的果蝇和敲低脂肪体中组装和产生脂蛋白所需基因的果蝇的存活率C-D.注射一种吞噬标记物(pHrodo-S)后，巨噬细胞的吞噬事件数量减少，这证明了Mϕ-ImpL2

RNAi可导致巨噬细胞的吞噬能力显著降低葡萄球菌)E-F.与此相对应的是，使用了Mϕ-ImpL2RNAi的果蝇病原体负荷增加，感染存活率降低，而使用了Mϕ-ImpL2CDS的果蝇病原体负荷较低，感染抵抗力提高。

由于从这些果蝇中分离的巨噬细胞显示出正常的抗菌肽、代谢极化标记物和巨噬细胞数量，因此发现Mϕ-ImpL2操作对这些细胞功能的细胞自主影响是微不足道的。

图7要点7：A.脂肪体特异性敲低参与脂蛋白组装的基因(Apoltp,apolpp,Mtp)B-D.通过脂肪体特异性敲低apolpp抑制脂蛋白的动员，导致巨噬细胞吞噬能力下降，导致24 hpi时这些苍蝇的病原体负荷增加。

E-F.这与脂蛋白增高相一致与未感染的对照组相比，感染激活的巨噬细胞的摄取，如phrodo标记的低密度脂蛋白，细胞溶胶中含有脂滴的巨噬细胞比例增加，荧光标记的积聚激活的巨噬细胞对脂质摄取的增加及其随后的加工进一步得到了参与这些过程的基因表达增强的支持。

图7要点7：A-B.首先，分析了人类单核细胞来源的巨噬细胞(THP1细胞)在其杀菌极化过程中IGFBP7的产生肺炎链球菌或LPS诱导THP1细胞的促炎极化导致IGFBP7 mRNA和蛋白水平的显著上调此外，发现THP1细胞中IGFBP7的产生受转录因子HIF1α的控制，因为其抑制剂(KC7F2)或激动剂(DMOG)的应用对这些细胞中IGFBP7的产生有主要影响，而不管它们的激活状态。

C-D.接下来，研究了细菌内毒素(LPS)对肝巨噬细胞中IGFBP7表达的影响与来自THP1细胞的数据一致，LPS诱导小鼠和人肝巨噬细胞中IGFBP7的表达为了在小鼠肝巨噬细胞体内诱导基因特异性敲低，使用葡聚糖颗粒作为为此目的开发的巨噬细胞特异性递送工具。

静脉注射含有抗IGFBP7 siRNA的葡聚糖颗粒可被肝巨噬细胞特异性清除，并显著降低IGFBP7在这些细胞中的表达E-F.转录组学分析显示，IGFBP7的敲低，特别是在小鼠肝巨噬细胞中，导致体内肝细胞载脂蛋白基因表达降低。

为了进一步测试IGFBP7在人肝细胞中诱导脂蛋白产生的潜力，采用了一种原代人肝细胞的器官型3D模型，其中细胞表型在体内的转录组学、蛋白质组学和代谢组学水平上与肝细胞非常相似事实上，在肝细胞球体上施用人重组IGFBP7会导致培养基中LDL和VLDL滴度升高。

G.总的来说，数据表明，IGFBP7可能发挥类似于果蝇ImpL2的作用，因为它是由肝巨噬细胞在HIF1α-中响应其促炎极化而产生的巨噬细胞产生IGFBP7可诱导邻近肝细胞产生脂蛋白要全文小结综上所述，细胞因子诱导的肝脏胰岛素信号的减轻可能代表了一种最初的适应性机制，通过这种机制，巨噬细胞在细菌感染期间获得免疫系统功能所需的营养。

然而，在感染无关的情况下，这种信号的慢性激活可能导致代谢性疾病的发展参考文献：Gabriela K 、Cecilia M、Helena Z.et al.Macrophage-derived insulin antagonist ImpL2 induces lipoprotein mobilization upon bacterial infection.2023 Oct 9:e114086.

doi: 10.15252/embj.2023114086.部分图文来自EMBOJOURNAL免责声明图文来源网络，凡本平台转载的所有的文章、图片、音频、视频文件等资料的版权归版权所有人所有，仅用于个人学习及科普推广，采用的非本平台原创文章及图片等内容无法一一与版权者联系。

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