炎癥是一個復雜的生理過程，是對有害刺激的反應，由于感染導致的過度炎癥，是一系列疾病的標志。目前，炎癥反應背后的分子基礎尚不完全清楚，治療嚴重炎癥的有效藥物也很少。2023年4月，《Nature》雜志上發(fā)表了一篇題為“A druggable copper-signalling pathway that drives inflammation”的文章，在這項研究中，研究者研究了線粒體銅（ii）催化煙酰胺腺嘌呤二核苷酸及其還原態(tài)（NAD(H)）氧化還原循環(huán)，從而促進代謝變化進而引發(fā)炎癥狀態(tài)。設計了一種二甲雙胍二聚體（LCC-12），靶向線粒體銅（ii）失活，誘導代謝和表觀遺傳變化，抑制巨噬細胞活化和減輕炎癥反應。

研究者用從人血液中分離出原代單核細胞產生炎性巨噬細胞。通過電感耦合等離子質譜（ICP-MS）檢測到活化單細胞源的巨噬細胞（aMDMs）中細胞銅、鐵、錳和鈣的表達水平高于非活化單細胞源的巨噬細胞（naMDMs）。與其他金屬轉運蛋白（轉鐵蛋白受體1（TFR1）、二價金屬轉運體1（DMT1）、銅轉運體1（CTR1））相比，敲除糖蛋白CD44可拮抗金屬攝取。用抗CD44抗體處理單核細胞來源的巨噬細胞（MDMs）發(fā)現(xiàn)巨噬細胞激活后金屬攝取減少。在巨噬細胞激活后補充透明質酸增加了細胞對金屬的攝取，而添加不易與金屬結合的過甲基化透明質酸則沒有效果。核磁共振的結果顯示透明質酸與銅（ii）相互作用，這種相互作用可以通過降低pH來逆轉。熒光顯微鏡結果顯示，標記的透明質酸與溶酶體銅（ii）探針同時定位在aMDMs中，降解透明質酸鹽或敲除CD44的透明質酸酶共處理可降低溶酶體銅（ii）染色。這些數(shù)據(jù)證明了在aMDMs中，CD44介導與透明質酸結合的特定金屬的內吞作用，包括銅。（見圖1）

在銅（ii）存在的情況下，NADH與過氧化氫反應生成NAD⁺，而在銅（ii）不存在的情況下，則生成復雜的氧化產物混合物。研究者模擬了與線粒體相似的反應條件，NADH在銅（ii）的存在下被迅速消耗以產生NAD⁺。同時，研究者設計了2種親脂性亞甲雙胍LCC-12和LCC-4,4、LCC-12能抑制NADH與過氧化氫反應生成NAD⁺，而LCC-4,4的作用則不大。在激活過程中，用LCC-12處理MDMs，代謝組學結果顯示NADH和NAD⁺數(shù)量減少。這表明銅（ii）催化NADH還原過氧化氫產生NAD⁺，雙胍類化合物可以干擾這種氧化還原循環(huán)，導致其他氧化副產物。代謝組學熱圖顯示，在經(jīng)LCC-12（n = 9）處理的MDMs中，其生物合成依賴于NAD(H)的代謝物。這些數(shù)據(jù)說明了線粒體銅（ii）在調節(jié)炎癥巨噬細胞代謝狀態(tài)的NAD⁺含量的核心作用。（見圖2）

研究者構建了小鼠急性炎癥模型：脂多糖（LPS）誘導的內毒素血癥、盲腸結扎穿刺（CLP）和病毒感染模型，即SARS-CoV-2。研究者從LPS和CLP小鼠模型中分離得到炎癥狀態(tài)下的小腹膜巨噬細胞（SPMs）以及從SARS-CoV-2感染小鼠中分離得到肺泡巨噬細胞（AMs），SPMs和AMs細胞中CD44表達量上調，細胞銅顯著增加。LPS處理的小鼠腹腔注射LCC-12，發(fā)現(xiàn)與炎癥相關的組蛋白H3K27ac、H3K14ac和H3K9ac減少，H3K27me3和H3K9me2增加。Kaplan-Meier生存曲線結果顯示，腹腔注射LCC-12阻止小鼠免于LPS誘導的死亡和體溫降低，效果優(yōu)于臨床用于急性炎癥治療的大劑量地塞米松。在CLP誘導的膿毒癥中，LCC-12也提高了生存率。這些數(shù)據(jù)表明，靶向線粒體銅（ii）干擾體內炎癥狀態(tài)，有益于治療。（見圖3）

總的來說，這些發(fā)現(xiàn)證明CD44介導銅調節(jié)免疫細胞的激活。通過銅（ii）激活過氧化氫使NADH氧化，增加NAD+含量。LCC-12能使線粒體銅（ii）失活，從而觸發(fā)代謝和表觀遺傳改變，減少炎癥細胞狀態(tài)，提高急性炎癥臨床前模型的存活率，揭示了基于表觀遺傳細胞狀態(tài)控制和微調的治療策略。

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