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南京大学再发nature子刊，阐释脂质合成对巨噬细胞修复能力的调控机制
Highlights
1.PPARγ蛋白T166位点去磷酸化可激活修复性巨噬细胞，加速伤口愈合。
2.修复性巨噬细胞在伤口愈合期间增强了脂质合成，这一过程对它们的修复活动是必需的。
3. 使用抑制剂阻断PPARγ T166位点的磷酸化可以加快伤口的修复过程。
近日，“Nature Communications”（IF=14.7）上发表了一篇题为“Lipid synthesis, triggered by PPARγ T166 dephosphorylation, sustains reparative function of macrophages during tissue repair”的文章。这篇文章探讨了在组织修复过程中，巨噬细胞如何通过特定的代谢途径发挥其修复功能。
研究背景介绍
过氧化物酶体增殖物激活受体γ（PPARγ）是一种核受体，广泛参与调节细胞的代谢过程，包括脂质和糖的代谢。它在调节炎症反应和能量平衡中起着重要作用。
信号转导和转录激活因子3（STAT3）是一种转录因子，参与多种细胞信号传导途径，特别是与细胞生长、分化和存活相关的信号通路。STAT3的激活可以促进修复性因子的表达。
研究思路分析
研究技术路线图
01代谢特征与脂质合成的必要性
①对小鼠伤口愈合模型中的单核细胞-巨噬细胞系进行了单细胞RNA测序。发现，炎症阶段巨噬细胞主要上调糖酵解过程相关基因，而修复阶段巨噬细胞则高度表达与脂质代谢过程相关的基因。在不同损伤模型中，修复阶段巨噬细胞表现出脂肪酸合酶（FAS）活性的显著上调。
②此外，通过体外实验和公共转录组数据，证实了IL-10诱导的巨噬细胞在修复过程中脂质合成活动的增强。表明，修复性巨噬细胞具有独特的代谢程序，特征是脂质合成相关基因的显著增加。
③对巨噬细胞进行脂质组学分析，发现IL-10诱导的巨噬细胞中甘油脂质高度积累。这些巨噬细胞在修复信号作用下，脂质积累增加，且与脂肪酸合成相关的代谢酶表达上调。通过同位素标记实验，证实了修复性巨噬细胞中的积累脂质来源于从头合成途径。
④在骨骼肌损伤和急性肝损伤模型中，修复性巨噬细胞同样表现出脂质积累和脂质合成相关基因的上调。进一步研究发现，抑制脂肪酸合成酶会显著影响巨噬细胞的修复功能，表明从头脂质合成对巨噬细胞的修复功能至关重要。
02PPARγ的调控作用与伤口愈合
①研究发现，PPARγ的活性与FAS成正相关性。荧光报告实验证实PPARγ在修复性巨噬细胞中的激活状态。而炎症环境下PPARγ位点T166的磷酸化水平上升，而在IL-10的修复信号作用下，磷酸化水平降低，从而激活PPARγ。
②通过生成PPARγ T166A突变的敲入小鼠模型，发现T166A突变导致PPARγ转录活性增强，诱导了典型的修复性表型。而PPARγ T166去磷酸化增强了与脂质合成相关的基因表达，增加了细胞内甘油三酯和脂滴的数量，并通过C14标记的葡萄糖实验证实了去磷酸化促进了脂质的生成。
③在PPARγ+/+和PPARγA/A（T166位点突变）小鼠背部皮肤上创建全层切除伤口模型，监测伤口愈合速度。结果显示，PPARγA/A小鼠的伤口比PPARγ+/+小鼠小，且再上皮化速度加快，表明PPARγA/A小鼠的修复过程加速。
④在肌肉和肝脏损伤模型中，PPARγA/A小鼠显示出更大的再生肌纤维横截面积和较低的血清ALT及AST活性，表明PPARγ T166去磷酸化在不同组织修复中具有病理生理相关性。
⑤使用氯膦酸盐脂质体耗竭巨噬细胞的方法证实了PPARγ T166去磷酸化在巨噬细胞中在组织修复中的关键作用。此外，PPARγA/A巨噬细胞在体外实验中更能促进皮肤成纤维细胞的迁移，且在IL-10刺激下表现出完全极化的修复表型。
03分子机制与细胞功能
①ChIP-seq分析揭示了PPARγ T166A突变增强了其与脂质代谢关键基因启动子的结合。无论是野生型还是T166A突变型PPARγ，其结合位点在FAO相关基因启动子区域均有富集现象，但T166A突变型在调控脂质合成和定位方面表现出更显著的增强效果。
②进一步发现，在M(IL10)或T166A突变型巨噬细胞中，与表型标记和修复因子相关的基因表达水平上调。相反，在FASN抑制剂C75作用下的巨噬细胞中观察到这些基因表达的减弱，表明PPARγ T166A突变通过促进脂质合成相关基因的表达，对巨噬细胞的修复表型获得起到了关键作用。
③研究发现STAT3在巨噬细胞中生长因子Vegfb、Pdgfb和Tgfb1的调控区域显著富集。PPARγ T166A突变通过激活STAT3来增加生长因子的表达和修复性巨噬细胞的活化，这一过程独立于JAK。通过添加游离脂肪酸（FFA）提高巨噬细胞内脂质水平，发现FFA显著诱导了STAT3的磷酸化，对STAT3激活至关重要。
④STAT3基因敲除显著减少了IL-10诱导的修复因子的表达和分泌，且在缺乏STAT3的巨噬细胞中，C75或FFA的效果被显著抑制。表明增加的从头脂肪酸合成通量对STAT3激活和生长因子表达至关重要。
04细胞结构与治疗应用
①脂质组学分析发现修复性巨噬细胞中磷脂代谢途径发生了显著变化。进一步研究发现内质网（ER）在IL-10刺激或T166A突变的巨噬细胞中显著扩张。还发现IL-10处理和T166A突变显著上调了ER中的13C/12C同位素比例，证实了FAS通过产生磷脂支持ER的扩张，这是分泌修复蛋白所必需的。
②研究显示，bardoxolone（CDDO）能够选择性地抑制PPARγ T166的磷酸化。通过用CDDO处理BMDMs，发现CDDO刺激的巨噬细胞表现出增加的脂质积累和与脂质生成相关的基因表达，并诱导了巨噬细胞的修复表型。
③在全层切除伤口的小鼠模型中，局部使用CDDO药膏显著加快了伤口闭合速度，并促进了伤口修复阶段的再上皮化。此外，人类细胞实验也表明，CDDO处理的巨噬细胞能够显著促进人类皮肤成纤维细胞和角质形成细胞的迁移。
图1. 脂肪酸合成是修复性巨噬细胞的一个特征
图2. 限制从头脂质合成会降低巨噬细胞的修复功能
图3. PPARγ T166 去磷酸化调节皮肤伤口巨噬细胞的脂质合成活性
图4. PPARγ T166 磷酸化的阻断可促进皮肤伤口愈合
图5. 阻断T166 磷酸化促进 PPARγ 与脂质合成和积累相关基因位点的结合
图6. 需要细胞内脂质来支持巨噬细胞产生生长因子
图7. CDDO 加速小鼠全层切除伤口的愈合
结论与讨论
本文研究发现，PPARγ T166位点的去磷酸化是促进修复性巨噬细胞功能的关键因素。这种翻译后修饰激活了脂质合成途径，增强了巨噬细胞的修复能力，加速了伤口愈合。通过遗传和药理学方法抑制PPARγ T166磷酸化，可以显著提高组织修复效率，为治疗策略提供了新的靶点。
虽然PPARγ在巨噬细胞修复功能中的作用已被揭示，但其在不同细胞类型和疾病状态下的具体机制仍需进一步研究。未来的研究将探索PPARγ T166磷酸化在其他组织修复过程中的作用，以及如何精确调控这一途径以优化治疗效果。