客户案例 | IF 13：曹雪涛院士等利用多组学技术揭示代谢酶Suclg2通过抑制Lactb琥珀酰化维持树突状细胞的耐受性
代谢重编程在包括树突状细胞 (DCs) 在内的免疫细胞的分化和功能中起着关键作用。调节性 DCs 可在脾基质等局部组织壁龛中产生，是维持免疫耐受的基质调控免疫应答的重要组成部分。代谢酶和代谢物在调节细胞识别和功能中发挥重要作用，它们在赋予DC耐受性特性中的作用亟待解决：如代谢物是否通过调节非常规翻译后修饰(如琥珀酰化)？及其如何选择性参与该过程的代谢酶的功能来调节调节性DC的功能？
2023年5月，海军军医大学/中国医学科学院/南开大学曹雪涛院士、海军军医大学刘娟教授及团队在免疫学专业期刊Journal of Autoimmunity（IF=12.8）发表题为“Metabolic enzyme Suclg2 maintains tolerogenicity of regulatory dendritic cells diffDCs by suppressing Lactb succinylation”的研究论文，结合代谢组学、转录组学和蛋白质组学，揭示了琥珀酸辅酶 A 连接酶亚基 β （Suclg2）是维持 diffDCs 免疫调节功能所必需的代谢酶，通过抑制Lactb的琥珀酰化，阻止NF-κB信号激活，下调Ccl5、Il12b等促炎细胞因子的表达，将成熟DC的促炎状态重编程为致耐受性表型，为 DCs 免疫和耐受代谢调节的机制提供了新见解。（麦特绘谱提供Q300全定量代谢组检测服务）
研究流程
取骨髓细胞培养6d，在培养的第七天用LPS刺激，抗体筛选出成熟的树突状细胞（maDCs），随后与脾间质细胞共同培养5-9d，诱导出耐受性树突状细胞（diffDCs），进行靶向代谢组学、转录组学和非标记定量蛋白质组学分析。
研究结果
1. 调节型DC中琥珀酸水平降低，Suclg2表达增加
研究人员观察到diffDCs表现出典型的耐受性表型和作为调节性DCs的功能，进一步对maDCs和diffDCs进行代谢组学和转录组学分析，结果显示与maDCs相比，diffDCs分化期间天冬氨酸、丙氨酸和谷氨酸代谢显著改变，特别是L-丙氨酸、L-谷氨酸、L天冬氨酸和琥珀酸在diffDC-D5中浓度显著上调，但在diffDC-D9中下降至较低水平。此外，diffDCs中的N -乙酰- L-天冬氨酸显著上调，γ-氨基丁酸显著下调。随后对差异表达基因进行代谢途径富集分析，发现碳代谢是diffDCs中显著上调的前3个代谢途径之一，而在与碳代谢途径相关的20个代谢酶基因中，Suclg2是其中上调最多的代谢酶。这些结果表明，diffDCs表现出以琥珀酸减少为特征的代谢改变，并且GFP特异性琥珀酸-辅酶A连接酶Suclg2在diffDCs中增加。
图1. diffDC中Suclg2表达增加的同时琥珀酸水平降低
2. Suclg2的作用机制
Suclg2沉默可以将diffDC中共刺激分子CD40的受抑制表达恢复到与maDC类似的表达水平，而不影响maDC在表型水平上的成熟。并且Suclg2在支持线粒体功能和稳定状态下的呼吸的同时，阻止炎性状态下的糖酵解活化。进一步表明了Suclg2对于维持diffDC的耐受性至关重要。
Suclg2沉默实验也揭示了Suclg2可以阻止diffDC中NF-κB信号通路的激活。此前研究显示Suclg2催化琥珀酸和琥珀酰辅酶A的可逆转化，可以通过将琥珀酰辅酶A转移至赖氨酸残基而通过琥珀酰化来调节蛋白质功能。本研究通过同源染色体组合构建Suclg2fl/- Itgax-Cre+和对照组Suclg2fl/- Itgax-Cre–小鼠来研究琥珀酰化和suclg2的免疫作用，揭示了Suclg2可能通过抑制潜在蛋白靶点的赖氨酸琥珀酰化来阻止diffDC中NF-κB的激活。
3. Suclg2抑制Lactb蛋白琥珀酰化
进一步鉴定琥珀酰化的蛋白质和特定的赖氨酸残基，研究人员利用琥珀酰化修饰组学技术，对用或不用琥珀酸二乙酯处理，及SucIg2或模拟过表达质粒转染的HEK293T细胞进行分析，结果发现高浓度的琥珀酸可以导致琥珀酰化丰度增加，同时，Suclg2过表达下调了一系列蛋白的琥珀酰化。KEGG通路富集结果显示，高浓度琥珀酸酯作用下，被Suclg2显著抑制赖氨酸琥珀酰化的蛋白与Hippo信号通路、中心碳代谢和细胞凋亡相关。值得注意的是，线粒体蛋白内酰胺酶β (Lactb)的赖氨酸残基K252、K283和K284被显著琥珀化。进一步验证了在高琥珀酸水平下，Lactb是其琥珀酰化被Suclg2抑制的靶蛋白。
最后，研究人员证明了Lactb在调节NF-κB信号通路中的积极作用，即Suclg2可能通过抑制Lactb琥珀酰化来阻止炎症状态并维持调节性DC的耐受性功能。有趣的是，LPS刺激后，Lactb的mRNA水平迅速下降。因此，LPS下调Lactb可能是抑制NF-κB信号过度激活的一种内部负调控方式，其具体机制尚待进一步研究。
图2. 高浓度琥珀酸作用下Suclg2抑制Lactb赖氨酸琥珀酰化
小结
综上所述，调节性DC在基质驱动分化过程中，代谢酶Suclg2显著上调，抑制Lactb琥珀酰化，从而阻止NF-κB信号通路的激活，下调促炎细胞因子如Ccl5、Il12b的表达，从而共同维持调节性DC的耐受性功能。本研究为加强调节性DC的耐受性提供了新的线索，这可能有助于开发基于DCs的抗炎症或自身免疫性疾病的治疗策略。
原文文献
Xiaomin Zhang, et al. Metabolic enzyme Suclg2 maintains tolerogenicity of regulatory dendritic cells diffDCs by suppressing Lactb succinylation. Journal of Autoimmunity. 2023.
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| 标签： | 免疫，代谢组学，蛋白质组学，转录组学 |
