衣康酸鹽通過代謝和表觀遺傳重編程調(diào)節(jié)T細胞失衡來改善自身免疫

       自身免疫性疾病的特點是喪失自我耐受性和針對重要器官的全身炎癥。免疫抑制劑在自身免疫性疾病的治療中起著核心作用。包括皮質(zhì)類固醇在內(nèi)的常規(guī)藥物作用廣泛，會增加嚴重感染的風(fēng)險，而嚴重感染是導(dǎo)致死亡的主要原因。Th17細胞在幾種自身免疫性疾病中發(fā)揮致病作用，而Treg細胞維持免疫穩(wěn)態(tài)并抑制自身免疫。Th17和Treg細胞的失調(diào)導(dǎo)致許多自身免疫性疾病，包括多發(fā)性硬化癥（MS）、系統(tǒng)性紅斑狼瘡和類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎。
       2023年3月30日，一篇發(fā)表在國際雜志《Nature Communications》上題為“Itaconate ameliorates autoimmunity by modulating T cell imbalance via metabolic and epigenetic reprogramming”的研究報告中，來自北海道大學(xué)等機構(gòu)的科學(xué)家們通過研究揭示了抗炎性代謝產(chǎn)物衣康酸（itaconate，ITA）對機體輔助T細胞和調(diào)節(jié)性T細胞的調(diào)節(jié)效應(yīng)，相關(guān)研究或有望幫助開發(fā)治療某些自身免疫性疾病的新型治療性策略。

衣康酸調(diào)節(jié)Th17和Treg細胞分化
       ITA以劑量依賴的方式抑制Th17并促進Treg細胞分化，而不影響其細胞活力、絕對數(shù)量和增殖。相反，ITA不影響Th1和Th2細胞的分化。ITA降低了Th17相關(guān)基因的表達，包括Il17a和Il17f，而ITA增強了Rorc的表達。此外，ITA增強了Foxp3在Treg細胞中的表達。在Th17中，RORγt的蛋白質(zhì)水平也升高。這些結(jié)果表明，ITA調(diào)節(jié)Th17和Treg細胞的分化。

衣康酸鹽改善了EAE模型
       為了研究ITA作為治療自身免疫性疾病候選藥物的潛力，構(gòu)建了實驗性自身免疫性腦脊髓炎（EAE）模型。與PBS治療相比，ITA治療顯著降低了EAE小鼠的臨床評分和體重減輕。這些結(jié)果表明ITA有可能降低EAE的疾病活性。為了進一步研究ITA對Th17體內(nèi)功能的作用，使用ITA處理的細胞的Rag1^-/-小鼠的臨床評分和體重減輕顯著降低。脊髓的組織學(xué)切片顯示，在給予ITA處理的細胞的小鼠中，細胞浸潤和脫髓鞘顯著減少。此外，與對照小鼠相比，給予ITA處理的Th17細胞的小鼠在EAE誘導(dǎo)15天后，脊髓中產(chǎn)生IL-17A的CD4 T細胞以及產(chǎn)生IL-17A和GM-CSF的CD4 T細胞的數(shù)量和百分比顯著降低。給予ITA處理的Th17細胞的受體小鼠中這些浸潤細胞或產(chǎn)生IL-1β的細胞的絕對數(shù)量與其對應(yīng)物中的細胞沒有顯著差異。這些發(fā)現(xiàn)表明ITA是治療T細胞驅(qū)動的自身免疫性疾病的潛在治療劑。

衣康酸鹽在Th17和Treg極化條件下抑制糖酵解和OXPHOS
       使用Th17-和Treg極化T細胞進行了RNA測序（RNA-seq），無論是否進行ITA處理。在ITA處理的和對照的Th17極化T細胞之間共鑒定出1072個差異表達基因（DEG）。在ITA處理的Treg極化T細胞中，1554個基因被鑒定為DEG，其中610個DEG也被鑒定為Th17極化T細胞。在Th17和Treg條件下，對ITA處理的T細胞和對照T細胞之間重疊的DEG的KEGG通路分析顯示，“糖酵解”和“HIF-1信號通路”顯著富集。這些結(jié)果表明，ITA廣泛抑制糖酵解相關(guān)基因的表達。

       ITA增加Th1和Treg極化條件下的HIF-17α蛋白水平。接下來，使用細胞外通量分析儀進行糖酵解速率測定，以評估T細胞分化的代謝功能。在ITA處理的Th17和Treg極化T細胞中抑制基礎(chǔ)糖酵解和代償性糖酵解，如細胞外酸化速率（ECAR）所示；線粒體耗氧率（OCR）的分析顯示，ITA處理的Th17和Treg極化T細胞的基礎(chǔ)呼吸和最大呼吸以及ATP產(chǎn)生減少。總體而言，這些結(jié)果表明ITA抑制Th17和Treg極化T細胞中的糖酵解和OXPHOS。

衣康酸鹽通過抑制MAT和IDH1/2酶活性誘導(dǎo)關(guān)鍵代謝變化
       為了進一步揭示代謝譜，使用毛細管電泳飛行時間質(zhì)譜（CE-TOF MS）進行了代謝組學(xué)分析，與RNA-seq結(jié)果一致，在ITA處理的Th17和Treg極化細胞中，糖酵解途徑代謝物的水平顯著降低。ITA處理顯著降低了SAM的水平。SAM/SAH值在ITA處理的Th17極化T細胞中減少，但在ITA處理的Treg極化T細胞中沒有減少。我們發(fā)現(xiàn)ITA降低了Treg極化T細胞中的2-HG水平，但沒有降低Th17極化T細胞中的2-HG水平. 這些數(shù)據(jù)表明SAM或2-HG水平分別影響ITA處理的Th17或Treg細胞的極化程序。在ITA處理的Th17和Treg極化細胞中抑制MAT的酶活性。此外，IDH1/2的酶活性在Treg極化T細胞中受到抑制，但在ITA處理的Th17極化T細胞中不受抑制。ITA直接抑制了純化的野生型IDH1和2的活性。表明ITA通過與關(guān)鍵酶和代謝物的相互作用調(diào)節(jié)Th17和Treg細胞分化之間的平衡。

代謝變化與Th17和Treg細胞分化中必需轉(zhuǎn)錄因子的染色質(zhì)可及性改變有關(guān)
       盡管ITA增加了RORγt和HIF-1α的表達，但觀察到IL-17A的表達顯著降低。因此，假設(shè)ITA改變了關(guān)鍵基因位點的染色質(zhì)可及性。為了驗證這一假設(shè)，使用染色質(zhì)免疫沉淀（ChIP）分析檢查了ITA處理的Th17極化T細胞中RORγt與Il17a啟動子的結(jié)合。幼稚CD4 T細胞作為陰性對照進行分析。我們的結(jié)果表明，ITA抑制了RORγt與Il17a啟動子的結(jié)合。在Th17分化過程中，誘導(dǎo)RORγt和IL-17A需要多種轉(zhuǎn)錄因子。因此，進行了轉(zhuǎn)座酶可訪問染色質(zhì)測序（ATAC-seq）的測定，以揭示ITA是否改變了Th17和Treg極化T細胞中轉(zhuǎn)錄因子的染色質(zhì)可及性。由于RNA表達取決于DNA的可及性，我們整合了ATAC-seq和RNA-seq數(shù)據(jù)集?？傮w而言，在Th17或Treg條件下，703個DEGs顯示出ITA處理的T細胞和對照T細胞之間的可及性差異。這些基因包括Il17a，糖酵解相關(guān)基因和foxp3，但不包括編碼GM-CSF的csf2。染色質(zhì)在ITA處理的Th17細胞中更封閉，染色質(zhì)在ITA處理的Treg細胞中更開放。轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合基序分析表明，Th17基團的峰富集了調(diào)控Il17a基因表達的基序，包括BATF、STAT3、IRF4、RUNX1和HIF-1α。此外，基序發(fā)現(xiàn)還表明，Treg群的峰富集了ETS1、RUNX1、SMAD3、STAT5和AP-1。這些結(jié)果表明，ITA處理導(dǎo)致染色質(zhì)可及性在Il17a位點中閉合，在Foxp3位點中打開關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子。