巨噬细胞又有新思路：乳酸化（Lactylation）修饰！

巨噬细胞与巨噬细胞胞外陷阱（METs）的深入剖析之后，本次我们将目光转向巨噬细胞代谢重编程中的乳酸及其乳酸化修饰这一热门前沿研究领域。

巨噬细胞与巨噬细胞胞外陷阱（METs）相关内容：

巨噬细胞代谢重编程特指细胞在分化与激活阶段所经历的能量代谢适应性转变。此过程中，具备不同表型的巨噬细胞展现出代谢异质性，具体体现在糖酵解、磷酸戊糖途径（PPP）、氧化磷酸化（OXPHOS）、三羧酸循环（TCA循环）、脂肪酸合成（FAS）、精氨酸及谷氨酰胺代谢等多个代谢途径上的差异性。

乳酸，作为糖酵解的终端产物，曾长期被视为代谢废物。然而，当前累积的大量证据表明，乳酸具备广泛的生物学功能，能够作为信号转导分子，参与调节新陈代谢、免疫反应及细胞间通讯等关键过程。

在巨噬细胞中，乳酸作为一种重要代谢产物，通过乳酸化修饰机制在代谢重编程过程中发挥关键作用，能够调节巨噬细胞表型，从而助力其适应多样化的病理生理环境。

Warburg效应在M1巨噬细胞的极化与维持中扮演着核心角色。

在糖酵解代谢途径中，己糖激酶（HK）作为关键限速酶，负责将葡萄糖催化为葡萄糖-6-磷酸（G-6-P）。研究表明，转录因子KLF14通过抑制HK2的转录活性来减少糖酵解过程，进而降低M1型巨噬细胞中炎症因子的分泌水平。此外，HK3的敲除也被观察到能够减少M1巨噬细胞的比例，进一步支持了代谢重编程在诱导M1极化中的关键作用。

磷酸果糖激酶1（PFK1）是糖酵解的另一个限速步骤，其中PFKFB2介导的糖酵解通路在巨噬细胞中能够迅速激活，进而促进巨噬细胞的持续吞噬作用。在脓毒症模型中，MKP-1的缺陷会导致PFKFB3的表达增加，从而上调巨噬细胞的糖酵解水平。丙酮酸激酶M2型（PKM2）则是巨噬细胞炎症反应及Warburg效应的关键酶。

丙酮酸脱氢酶激酶1（PDK1）通过磷酸化丙酮酸脱氢酶（PDH）来阻止丙酮酸转化为乙酰辅酶A，从而推动乳酸的产生。PDK/PDH轴与M1巨噬细胞的极化密切相关，PDK1还通过HIF-1α-PDK1轴在缺氧条件下促进M1极化和巨噬细胞的迁移。这些发现揭示了代谢酶在调控巨噬细胞极化及功能中的重要作用。

关于M2巨噬细胞中糖酵解的功能存在争议。传统上认为M2巨噬细胞主要依赖OXPHOS进行葡萄糖代谢，而糖酵解水平相对较低。然而，最新研究指出糖酵解在M2巨噬细胞活化过程中扮演重要角色。研究揭示，抑制糖酵解和OXPHOS均会影响M2巨噬细胞的激活。在IL-4处理的骨髓来源巨噬细胞（BMDM）中，葡萄糖摄取增加，且糖酵解和氧化代谢的AKT依赖性上调。使用2-脱氧葡萄糖（2-DG）和Etomoxir抑制剂会降低IL-4诱导的M2基因表达，表明糖酵解对于M2巨噬细胞的激活是必要的。然而，IL-4通过AKT-mTORC1通路激活ATP柠檬酸裂解酶，这一过程独立于JAK-STAT6通路。

尽管如此，糖酵解并非M2巨噬细胞激活的唯一途径。IL-4还能通过mTORC2通路增加IRF4表达，进而增强糖酵解。2-DG会抑制M2型激活标志物表达和糖酵解指标，但有研究指出2-DG可能存在脱靶效应，能同时抑制糖酵解和OXPHOS，导致细胞内ATP浓度降低并影响JAK-STAT6信号传导。研究还发现，JAK-STAT6通路的激活和M2巨噬细胞的极化需要达到一定的细胞内ATP阈值水平，这一水平可通过糖酵解/OXPHOS通路共同积累实现。因此，当OXPHOS功能正常时，糖酵解对于M2巨噬细胞的激活可能并非必需。糖酵解在M2巨噬细胞激活中的作用仍需进一步深入研究。

NO（一氧化氮）抑制线粒体电子传递链中的铁硫复合体，导致OXPHOS水平下降，从而阻碍M1型巨噬细胞向M2型的转变。

此外，NO还参与巨噬细胞TCA循环的代谢重编程，通过抑制顺乌头酸酶（ACO2）和丙酮酸脱氢酶（PDH）减少TCA循环的碳通量，促使谷氨酰胺的摄取和利用增加。在小鼠巨噬细胞中，NO通过NF-κB信号通路双向调节诱导型一氧化氮合酶（iNOS）的表达，进而影响促炎蛋白的表达水平。M2型巨噬细胞表达精氨酸酶1（Arg1），该酶参与体液免疫、伤口愈合等生理过程。NO与Arg1在精氨酸分解上存在竞争关系，从而影响免疫功能。病原体通过上调Arg1的表达来减少NO的产生，以促进感染进程。尽管巨噬细胞表型的分类常基于iNOS/Arg1二分法，但这种分类方式较为简化，不同表型巨噬细胞的生物学行为差异仍需进一步深入研究。

乳酸激活mTORC1和mTORC2-AKT信号通路，进而抑制转录因子TFEB，减少HIF-2α的溶酶体降解，促使巨噬细胞表达抗炎和促血管生成的基因。同时，乳酸通过激活ERK/STAT3通路，推动巨噬细胞向M2表型极化，展现抗炎和促血管生成的功能。此外，乳酸激活GPR81受体，下调cAMP-PKA信号通路，介导免疫抑制效应和促进血管生成。

研究指出，肿瘤释放的外泌体通过NF-κB通路增强巨噬细胞的糖酵解，增加乳酸产生，进而上调PD-L1表达，加强免疫抑制作用。然而，在肝细胞癌模型中，D-乳酸的作用机制有所不同，它通过抑制PI3K-AKT通路并激活NF-κB通路，将M2型肿瘤相关巨噬细胞（TAM）转化为M1表型，重塑免疫抑制性肿瘤微环境（TME）。

2019年，研究者发现M1巨噬细胞内存在“乳酸时钟”机制，该机制通过组蛋白乳酸化促进M1巨噬细胞在极化后期向M2型特征转变。内源性及外源性乳酸均可转化为乳酰辅酶A，并通过p300介导的p53依赖性方式修饰组蛋白。这种修饰随时间增强，主要出现在M2特征性基因（如Arg-1）的启动子区域，促使M1巨噬细胞向M2表型转换以修复组织损伤。该现象在肺纤维化、心肌梗死后修复及肠道炎症调节等过程中也有观察。

进一步研究显示，早期M1巨噬细胞利用糖酵解产生的乳酸，通过组蛋白乳酸化修饰促进向M2表型转换。随着微环境变化，M2巨噬细胞经历代谢重编程，乳酸转化为丙酮酸进入三羧酸循环，产生乙酰辅酶A，促进组蛋白乙酰化依赖性基因表达，从而推动M2型基因表达、免疫抑制和肿瘤进展。此外，M1巨噬细胞中乳酸积累导致丙酮酸激酶M2（PKM2）乳酰化，激活其四聚体形式，抑制糖酵解，促进M1向M2转变。

研究还表明，脂多糖（LPS）刺激上调PKM2，乳酸通过非组蛋白乳酸化激活PKM2，抑制糖酵解并增加Arg-1表达。外源性乳酸介导高迁移率族蛋白B1（HMGB1）乳酰化和乙酰化修饰，对脓毒症患者产生有害影响。而HSPA12A在肝缺血再灌注损伤模型中通过抑制HMGB1乳酸化和外泌体分泌，阻止M1巨噬细胞激活，发挥保肝作用。

促炎刺激下，缺氧诱导因子-1α（HIF-1α）诱导巨噬细胞有氧糖酵解产生乳酸，其稳定性受多种翻译后修饰调节。乳酸化修饰可能在促炎刺激下发生，但尚需进一步研究确认。这些研究揭示了乳酸在调节巨噬细胞表型转换、炎症/修复平衡及疾病进展中的重要作用。

M1巨噬细胞通过以下机制提升需氧糖酵解：iNOS产生的NO抑制线粒体OXPHOS；TLR经BCAP激活PI3K-AKT通路，增强糖酵解；LPS刺激导致线粒体网络碎片化，PDH活性降低，进一步促进糖酵解。乳酸积累则触发M2特征基因激活，这一过程受H3K18乳酸化调控。此外，乳酸通过非组蛋白乳酰化作用抑制糖酵解，影响代谢重编程，从而调节炎症与修复的平衡。研究表明，H4K12乳酸化在细胞炎症过程中发挥作用，例如在阿尔茨海默病和糖尿病心肌病中加剧炎症反应。值得注意的是，不同微环境可能影响组蛋白乳酸化的具体位点，进而产生不同的调节作用。

炎症后组织修复异常可引发纤维化。巨噬细胞除抗炎外，还能极化为促纤维化表型，影响组织纤维化。在特发性肺纤维化中，巨噬细胞的这种表型受局部组织调节。研究显示，肌成纤维细胞通过需氧糖酵解产生乳酸，形成纤维化环境。外源乳酸可上调肺泡巨噬细胞中促纤维化基因表达，加速肺纤维化。但研究局限在于缺乏证据显示乳酸诱导的巨噬细胞表型改变在肺纤维化中的作用，以及组蛋白乳酸化在其他细胞类型中的作用尚不明确。

肿瘤细胞通过糖酵解产生乳酸，形成富含乳酸的TME，影响巨噬细胞。乳酸稳定HIF-1α，诱导M2基因表达，促进巨噬细胞向M2免疫抑制表型极化，进而促进肿瘤生长和转移。研究显示，外源性乳酸而非内源性乳酸是关键，通过MCT1转运至巨噬细胞，促进HIF-1α稳定和M2基因表达。乳酸化与免疫抑制相关，影响肿瘤进展。例如，结肠癌模型中PCSK9表达上调导致巨噬细胞乳酰化增加，胃癌模型中乳酸化水平高的患者免疫逃逸潜力大，免疫治疗反应率低。乳酸化促进TAM免疫抑制表型极化，在前列腺癌模型中促进肿瘤生长。针对乳酸产生的代谢途径和信号通路的疗法是抗肿瘤治疗的新领域。

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