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【醉翁之艺】ACSL4通过调控脂代谢和VGLL4表达促进小胶质细胞介导的神经炎症

泰然健康网
2024-12-03 12:41

酰基辅酶 A 合成酶长链家族成员 4（ACSL4）是多不饱和脂肪酸（PUFA）代谢中的重要同工酶。ACSL4 在脂多糖（LPS）诱导的小胶质细胞神经炎症中的作用，以及 ACSL4 介导的炎症对帕金森病（PD）进展的影响尚不清楚。来自青岛大学神经再生与神经康复研究所的研究者们对此展开研究，发现 LPS 刺激后 ACSL4 表达增加，敲低小胶质细胞中的 ACSL4 可减少促炎细胞因子的产生。进一步研究发现，ACSL4 减少退化样家族成员 4（VGLL4）的表达，与促进 NF-κB 信号转导和调控脂代谢有关，且敲低ACSL4可减轻LPS模型和MPTP模型中的神经炎症。该研究结果发表在2023年3月Brain Behavior and Immunity杂志上。

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小胶质细胞是中枢神经系统中的常驻免疫细胞，其介导的神经炎症在多种生理和病理状况中发挥重要作用。神经元损伤后，小胶质细胞成为启动炎症反应的快速反应者，当刺激减轻时，炎症反应会造成进一步的损害。帕金森病是一种神经退行性疾病，其特征是黑质致密部（SNc）中多巴胺能（DA）神经元的退化或丢失。多项研究表明，TNF、IL-1β 和IL-6 等炎症介质在调节PD中发挥关键作用。

ACSL构成一个酶家族，通过将游离的长链脂肪酸转化为其酰基辅酶 A（CoA）形式，在脂质代谢中发挥重要作用。作为ACSL家族的一员，ACSL4优先结合其底物花生四烯酸，通过掺入游离脂肪酸促进磷脂的重塑。由于其对脂质代谢的调节，ACSL4已被确定为铁死亡的调节剂，此外，骨髓细胞特异性 ACSL4 缺陷通过重塑磷脂，减少花生四烯酸衍生的促炎脂质介质从而缓解炎症。

VGLL4是VGLL家族中的一个转录辅助因子，通过与TEA结构域（TEAD）转录因子相互作用来发挥其生物学效应。阻断VGLL4表达可减弱 LPS 诱导的焦虑样行为并减少小鼠的神经炎症。此外，VGLL4可调节肌肉再生和心脏发育，然而其在神经炎症中的作用仍不清楚。

1、LPS刺激后ACSL4在小胶质细胞中表达增加

研究者检测了LPS刺激后小胶质细胞中ACSL4的表达情况，发现ACSL4在LPS刺激2h后RNA水平和蛋白水平显著升高，且与小胶质细胞的靶标Iba-1共标可观察到ACSL4在LPS刺激后表达升高（图1）。

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图1 LPS刺激后ACSL4在小胶质细胞中表达增加

2、敲低ACSL4降低LPS诱导的炎性因子的产生

研究中使用靶向ACSL4的特异性si-RNA转染BV2细胞、小鼠小胶质细胞后，检测LPS处理后炎性因子表达情况，发现敲低ACSL4后LPS诱导的炎性因子产生减少（图2）。

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图2 敲低ACSL4降低LPS诱导的炎性因子的产生

3、敲低ACSL4抑制了NF-κB 信号的激活

研究者检测了TLR4通路关键下游信号分子水平，发现敲低ACSL4后，NF-κB P65磷酸化水平显著降低，而其他信号分子磷酸化水平无改变。由于ACSL4已被确定参与调节铁死亡，作者通过流式细胞术及qPCR检测RSL3（铁死亡诱导剂）刺激敲低ACSL4后的小胶质细胞中炎性因子表达情况。结果表明，RSL3处理未能增加炎性因子表达，提示ACSL4调节小胶质细胞的神经炎症并不依赖于铁死亡（图3）。

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图3 敲低ACSL4抑制了NF-κB 信号的激活

4、ACSL4 通过增强VGLL4表达来调节炎性细胞因子的产生

作者通过RNA-seq并结合KEGG通路分析，进一步确定ACSL4调节神经炎症的潜在分子机制。与炎症反应相关的通路包括 NF-kappa B 信号通路、类风湿性关节炎、TNF信号通路、病毒蛋白与细胞因子和细胞因子受体的相互作用、细胞因子-细胞因子受体相互作用和Toll样受体信号通路发生显着变化。通过GO富集分析，作者发现在炎症反应，对细菌、LPS、IFN-β的细胞反应以及免疫系统过程相关通路发生改变（图4）。通过以上分析，一种转录调节因子 VGLL4 引起了作者的注意。

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图4 ACSL4 相关KEGG通路分析

研究者进一步验证了在敲低ACSL4的小胶质细胞中VGLL4的表达，结果表明VGLL4表达升高。使用靶向VGLL4的siRNA 转染BV2小胶质细胞，发现与siNC转染的细胞相比，抑制VGLL4显著增加LPS刺激后TNFα、IL-6和 IL-1β的产生。

为进一步确定ACSL4是否通过降低VGLL4表达来促进炎性细胞因子的产生，同时使用靶向ACSL4和VGLL4的特异性siRNA转染BV2细胞，检测LPS诱导的促炎细胞因子的产生，结果发现，在抑制VGLL4后，在ACSL4敲低的小胶质细胞中，炎性细胞因子的表达减少得到了很大程度的恢复（图5）。

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图5 ACSL4 通过增强VGLL4表达来调节炎性细胞因子的产生

5、敲低ACSL4改变LPS刺激后细胞中的脂质成分

由于ACSL4已被证明参与调节脂质代谢从而促进炎性因子产生，研究者通过非靶向代谢组学检测了敲低ACSL4后LPS处理BV2细胞后的脂质代谢情况。结果表明，多种磷脂、鞘脂和脂肪酸在ACSL4敲低后显著降低，表明ACSL4可能通过调节BV2 小胶质细胞中的脂质组成来调节炎症过程（图6）。

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图6 敲低ACSL4改变LPS刺激后细胞中的脂质成分

6、ACSL4敲低减弱 LPS 诱导的神经炎症

研究者进一步将慢病毒特异性注射到小鼠的黑质区域以敲低ACSL4，并在慢病毒注射两周后给予单剂量LPS评估炎症反应。免疫荧光结果表明，与对照组相比，ACSL4 shRNA组中LPS诱导的小神经胶质细胞活化显着降低，表现为神经元有更长的分支长度、更多的分支点数和更少的反应性表型，且ACSL4敲低减弱了LPS诱导的炎性分子的产生（图7）。

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图7 ACSL4敲低减弱 LPS 诱导的神经炎症

7、ACSL4敲低减弱MPTP诱导的神经炎症

小胶质细胞诱导的神经炎症与PD进展有关。研究者通过MPTP构建PD模型，并检测ACSL4敲低后对PD的影响。结果表明，MPTP刺激敲低ACSL4后小鼠的小胶质细胞，其活化显著降低且DA神经元损伤显著减少，且MPTP诱导的自发活动恶化情况显著改善。通过qPCR检测，敲低小鼠小胶质细胞中ACSL4后，MPTP诱导的炎性因子产生显著降低（图8）。

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图8 ACSL4敲低减弱MPTP诱导的神经炎症

醉翁之艺点评

代谢相关酶在神经炎症的调节中起着重要作用，ACSL4作为一种参与脂质代谢的酶，其在小胶质细胞介导的炎症中的作用尚不清楚。本研究中，发现 LPS 刺激后ACSL4表达上调，敲低ACSL4通过抑制NF-κB活化来降低促炎细胞因子的表达。有趣的是，ACSL4以不依赖铁死亡的方式调节炎症，并通过调节转录辅因子VGLL4的表达和降低脂质代谢率来促进细胞因子的产生。此外，敲低ACSL4减轻了体内神经炎症，并降低了MPTP模型中的神经元死亡率。研究者揭示了ACSL4通过调节VGLL4表达和脂质代谢促进小胶质细胞介导的神经炎症的新作用，在未来的研究中，针对ACSL4表达的干预可能是帕金森病或其他神经炎症相关神经系统疾病的潜在治疗方法。

编译：许沐秋

审校：吕卓辰

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