利用ACSL4促進神經炎癥新機制的研究
項目文章 |青島大學崔玉課題組發現ACSL4促進神經炎癥新機制
長鏈酰基輔酶A合成酶（ACSLs）構成一個酶家族，通過將游離長鏈脂肪酸轉化為其酰基輔酶A（CoA）形式，在脂質代謝中發揮著重要的作用。作為ACSL家族的一員，ACSL4優先結合其底物花生四烯酸（AA），從而通過結合游離的AA參與含AA磷脂的重塑。之前的研究發現ACSL4促進了缺血誘導的炎癥細胞因子的產生。然而，ACSL4是否影響脂多糖（LPS）刺激后小膠質細胞的炎癥反應，進而影響帕金森疾病（PD）的進展尚不清楚。2023年2月，青島大學崔玉課題組在Brain, Behavior, and Immunity（IF 19.227）上發表了題為“ACSL4 Promotes Microglia-Mediated Neuroinflammation by Regulating Lipid Metabolism and VGLL4 expression”的文章。該文結合轉錄組學、脂質組學、基因手段、免疫生化等實驗研究發現LPS誘導后ACSL4的表達增加，敲低ACSL4會減少促炎細胞因子的產生，并結合體內和體外實驗表明ACSL4是一種新型調節因子，通過調節退化樣家族成員4（VGLL4）表達和脂質代謝來促進小膠質細胞介導的神經炎癥。中科新生命參與了該研究中脂質組學檢測的相關工作。
研究材料
小鼠和細胞
技術路線
步驟1：LPS誘導后小膠質細胞中ACSL4的表達增加；
步驟2：敲低ACSL4對小膠質細胞介導的炎癥的影響；
步驟3：轉錄組學分析：ACSL4通過增加VGLL4的表達調節炎癥細胞因子的產生；
步驟4：脂質組學分析：敲低ACSL4可改變LPS誘導后細胞的脂質組成；
步驟5：體內體外實驗：ACSL4敲低降低體外神經元殺傷能力，減輕體內LPS和MPTP誘導的神經炎癥。
研究結果
1. LPS誘導后小膠質細胞中ACSL4的表達增加
為了確定ACSL4是否參與LPS誘導的神經炎癥，作者首先檢測了LPS誘導2小時后的原代小膠質細胞中ACSL4的表達，結果顯示ACSL4 mRNA和蛋白的表達顯著增加。此外，ACSL4在正常情況下或LPS誘導后主要定位于細胞質中。這些結果表明，LPS誘導后原代小膠質細胞中ACSL4的表達增加（圖1）。
圖1 LPS誘導后小膠質細胞中ACSL4的表達增加2. 敲低ACSL4對小膠質細胞介導的炎癥的影響
為了評估ACSL4對小膠質細胞介導的炎癥的影響，作者用靶向ACSL4的特異性siRNA轉染BV2細胞(小鼠小膠質細胞)，然后在LPS誘導后檢測促炎細胞因子的產生。結果發現沉默ACSL4可降低LPS誘導后BV2小膠質細胞中TNFA、IL-6和IL-1b mRNA水平。表明在LPS誘導下，敲低ACSL4減少了促炎細胞因子的產生（圖2）。作者進一步研究了ACSL4促進LPS引發的炎癥細胞因子產生的潛在分子機制，分析了由TLR4信號通路激活的關鍵下游信號分子的水平，包括P65、細胞外調節蛋白激酶（ERK）和c-Jun N-末端激酶（JNK）。發現在ACSL4敲低的細胞中，促炎細胞因子的表達降低可能是NF-κB信號激活降低的結果，而不是由于鐵死亡率降低所致（圖3）。
圖2 敲低ACSL4可減少炎癥細胞因子的產生
圖3 ACSL4通過促進NF-κB信號轉導并以一種不依賴于鐵死亡的方式增加細胞因子的產生 3. 轉錄組學分析：ACSL4通過增加VGLL4的表達調節炎癥細胞因子的產生
與對照組相比，處理組共鑒定出203個基因為差異表達基因（DEGs），其中157個DEGs下調，46個DEGs上調。與促炎細胞因子產生的減少一致，與炎癥反應相關的通路活性發生了顯著變化，包括NF-kappa B信號通路、類風濕性關節炎、TNF信號通路、病毒蛋白與細胞因子及細胞因子受體的相互作用等通路。此外，ACSL4以非鐵死亡依賴性方式調節炎癥細胞因子的產生，而脂質代謝相關途徑的基因的表達沒有明顯變化（圖4）。作者還發現ACSL4敲低的小膠質細胞中，VGLL4的表達增加。通過系列實驗研究證實ACSL4可能通過降低VGLL4的表達來促進炎癥因子的產生（圖5）。
圖4 ACSL4敲低導致許多與炎癥反應相關的基因表達發生變化
圖5 ACSL4通過調節VGLL4的表達來影響炎癥細胞因子的產生 4. 脂質組學分析：敲低ACSL4可改變LPS誘導后細胞的脂質組成
先前的研究表明，ACSL4通過調節脂質代謝促進炎癥細胞因子的產生。作者評估了敲低ACSL4后是否會改變LPS誘導的脂質代謝。結果發現對照和敲低ACSL4的小膠質細胞中脂質種類發生顯著變化，比如與對照組相比，ACSL4敲低后磷脂(PE、PC、PA、PI和PG)、鞘脂(Ger、SM)和脂肪酸(FA)種類水平顯著降低。這些結果表明ACSL4可能通過調節BV2小膠質細胞中的脂質組成來調節炎癥過程（圖6）。
圖6 敲低ACSL4可改變LPS誘導后細胞中的脂質組成 5. 體內體外實驗：ACSL4敲低降低體外神經元殺傷能力，減輕體內LPS和MPTP誘導的神經炎癥
由于來自活化小膠質細胞的炎癥細胞因子會降低神經元活力，作者研究發現與ACSL4沉默的BV2細胞共培養的神經元比對照組的神經元存活更多，表明體外小膠質細胞中ACSL4敲低降低了神經元的殺傷能力。為了探究ACSL4在體內是否在神經炎癥中發揮重要作用，作者首先通過腹腔注射LPS建立動物模型，隨后評估炎癥反應。結果發現ACSL4 敲低可在體內減輕LPS誘導的神經炎癥（圖7）。小膠質細胞誘導的神經炎癥與帕金森病(PD)的進展有關，作者進一步評估了ACSL4是否影響帕金森病急性l-甲基-4-苯基-l，2，3，6-四氫吡啶（MPTP）小鼠模型中的小膠質細胞反應。發現在MPTP PD模型中，ACSL4的敲低減少了神經炎癥，并減輕了酪氨酸羥化酶陽性（Th+）神經元的變性（圖8）。
圖7 敲低ACSL4可減輕LPS誘導的體內神經炎癥
圖8 敲低ACSL4可減輕MPTP誘導的體內神經炎癥小編小結
總之，文章揭示了ACSL4通過調節VGLL4表達和脂質代謝來促進小膠質細胞介導的神經炎癥的新作用。針對ACSL4表達的干預可能是帕金森病或其他涉及神經炎癥的神經疾病的潛在治療方法。
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標簽：
ACSL4 促進神經炎癥
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