97-65-4/衣康酸是一種抗炎代謝物通過KEAP1烷基化激活Nrf2發揮抗炎作用

內源性代謝產物衣康酸最近作為巨噬細胞功能的調節物出現，但其確切的作用機制尚不清楚。在小鼠和人巨噬細胞中，衣康酸是通過脂多糖激活抗炎轉錄因子Nrf2(也稱為NFE2L2)所必需的。作者發現衣康酸通過半胱氨酸殘基的烷基化直接修飾蛋白質。衣康酸酯將蛋白KEAP1上的半胱氨酸殘基151、257、288、273和297進行烷基化，使Nrf2下游具有抗氧化和抗炎能力基因的表達增加。Nrf2的激活是衣康酸抗炎作用所必需的。作者描述了一種新的可穿透細胞的衣康酸衍生物，4-辛酯衣康酸，它可以保護機體免受脂多糖誘導的毒性，并減少細胞因子的產生。作者發現I型干擾素可以促進Irg1(也稱為Acod1)的表達和衣康酸的產生。此外，作者發現衣康酸的產生限制了I型干擾素的反應，表明一個涉及干擾素和衣康酸的負反饋回路。本研究表明衣康酸是一種重要的抗炎代謝物，通過Nrf2抑制炎癥和調節I型干擾素。

作者首先通過代謝組研究發現衣糠酸是脂多糖處理后巨噬細胞最豐富的代謝物，小鼠骨髓源性巨噬細胞(BMDMs)在LPS刺激后衣糠酸水平可達到5mM。衣糠酸可以抑制SDH活性，但不如經典的有效的SDH抑制劑丙二酸，表明它可能通過其他機制發揮消炎作用。衣康酸含有親電的α，β-不飽和羧酸可能被邁克爾烷基化的蛋白質半胱氨酸殘基生成2,3-二羧基丙基加合物。可作為一個有吸引力的候選物經過半胱氨酸烷基化蛋白質KEAP1，在抗氧化反應中起重要作用。KEAP1通常促進Nrf2的降解，但關鍵的KEAP1發生烷基化半胱氨酸殘基允許新合成的Nrf2積累、遷移進入細胞核并激活轉錄抗氧化和抗炎過程。因此，作者檢測到KEAP1作為衣糠酸激活Nrf2的靶標，并激活Nrf2下游基因的表達。為了模擬衣糠酸的體內反應，作者又合成了4-辛酯衣康酸(OI)，一種細胞滲透性衣康酸衍生物。OI和衣糠酸的硫醇反應活性相似，其活性比衣糠酸活性高得多，重要的是，衣糠酸相關的辛酯4-辛二甲基琥珀酸酯和琥珀酸辛酯，它們不是邁克爾受體，對Nrf2活性無影響，證實了衣康酸基團的重要性。二甲基丙二酸二甲酯，一個強有力的SDH抑制劑，不能激活Nrf2，證實了OI激活Nrf2與SDH抑制無關。

圖一 衣糠酸激活了Nrf2

那么衣糠酸在體內是如何激活Nrf2的呢? 作者假設是衣康酸通過烷基化KEAP1半胱氨酸殘基激活Nrf2，類似于通過富馬酸鹽半胱氨酸的修飾。半胱氨酸151 (Cys151)是KEAP1上的主要傳感器。作者通過轉錄組和質譜鑒定，發現OI可修飾KEAP1調節半胱氨酸殘基(Cys151,Cys257, Cys288)。這些數據表明衣康酸激活Nrf2通過烷基化KEAP1半胱氨酸殘基。作者接下來評估衣康酸是否可以激活Nrf2發揮抗炎作用。OI，在不影響細胞活力的的濃度下，可降低lps誘導的Il1b mRNA、pro-IL-1β、HIF-1α和IL-10蛋白水平，細胞外酸化率降低。OI也可降低TLR2和TLR3處理的BMDMs中Il1b mRNA含量。脂多糖誘導的活性氧(ROS)、亞硝酸鹽和誘導型一氧化氮合酶(iNOS)水平同樣受到OI的限制。這些效應可能是OI誘導Nrf2后ROS解毒的結果。OI也抵消了體內LPS的反應。OI可激活Nrf2，延長小鼠生存期，降低臨床評分，改善調節體溫，降低IL-1β和TNF水平。在nrf2缺陷的巨噬細胞中，HMOX1誘導被阻斷或Nrf2被沉默時。Nrf2丟失，OI抑制lps誘導的IL-1β顯著受損。

圖二 衣糠酸烷基化修飾KEAP1半胱氨酸。

接下來作者研究了如何從LPS促炎轉向衣糠酸抗炎狀態，這一過程可能通過影響烏頭酸產生衣康酸的合成酶IRG1。通過建模控制Irg1表達的基因網絡，IFN反應因子IRF1被確定為調控因子。作者在這里展示IFN-β治療后衣康酸水平升高。底物檸檬酸和烏頭酸的含量對Irg1, IFN-β和下游代謝物α-酮戊二酸均降低。隨著烏頭酸轉化為衣康酸的增加而不是α-酮戊二酸。IFN-β增強了基礎和lps誘導的Irg1表達。LPS-和poly(I:C)誘導BMDMs中Irg1的表達，I型IFN受體缺失減少，表明自分泌IFN促進IRG1的誘導。OI限制了干擾素的反應，降低IFN-β、IKK-ε、ISG20和ISG15蛋白的表達，聚(I:C)處理的PBMCs和lps誘導的IFN-β的產生在體內生產，IL-10的mRNA和蛋白表達均增強。沒有添加LPS，表明OI治療后IL-10的減少是由于I型IFN產生減少。Nrf2敲除或敲減減弱ISG20通過OI表達，而Nrf2激活劑馬來酸二乙酯15-脫氧-Δ12,14-前列腺素J2降低了ISG20的表達。這與表達的增加是一致的lps處理的nrf2缺陷小鼠中IRF3調控基因。

圖三 衣糠酸與IFN-β之間存在反饋環路

總之這些數據表明了LPS作用后的負反饋環路的作用:衣糠酸是通過LPS產生的，通過激活Nrf2來促進抗炎過程，SDH抑制限制了進一步的炎癥。通過下調IFN反應及IFN自身的產生。這有助于解釋為什么nrf2缺陷小鼠對膿毒性休克更敏感，即使在某些情況下這些小鼠可以免于炎癥。作者發現衣康酸是一種炎癥調節劑，它通過新發現的翻譯后修飾直接修飾蛋白質，這為利用衣康酸或OI治療炎癥疾病提供了治療機會。此外，最近發現衣康酸與維生素B12之間有一個有趣的聯系，這值得在炎癥和免疫方面進行進一步的研究。進一步了解衣康酸作為一種抗炎代謝物和I型IFN的調節物的作用，可能會為炎癥疾病的發病機制提供新的見解。