Cystine/Glutamate antiporter system xc- deficiency impairs macrophage glutathione metabolism and cytokine production
研究背景
巨噬细胞在天然免疫中发挥关键作用，通过调节对病原体的效应反应和维持组织稳态来保护机体。巨噬细胞的激活、极化和效应功能依赖于代谢重编程，其中线粒体作为代谢调节的核心枢纽，参与 ATP 生成、活性氧（ROS）产生、细胞凋亡以及免疫反应的多个方面。谷胱甘肽（GSH）系统是线粒体氧化还原稳态的关键组成部分，而半胱氨酸/谷氨酸反向转运蛋白系统 xc−（Sxc）在 GSH 合成中起着至关重要的作用。Sxc 由 Slc7a11 基因编码，负责将胞外的半胱氨酸导入胞内，同时将胞内的谷氨酸排出胞外，为 GSH 合成提供限速底物半胱氨酸。本研究旨在探讨 Slc7a11 缺陷对腹腔巨噬细胞和骨髓源性巨噬细胞功能的影响。
研究方法
动物模型与分组
所有动物实验遵循瑞士兽医法和机构指南，并获得瑞士巴塞尔市兽医办公室的批准。研究使用 C57Bl6NCrl 小鼠作为野生型（WT），以及 Slc7a11 基因敲除（KO）小鼠。通过杂合子父母交配繁殖动物，以确保实验组中有同窝对照。对小鼠进行腹腔注射脂多糖（LPS）以模拟内毒素血症。
细胞培养与处理
-
骨髓源性巨噬细胞（BMDM）的制备 ：从 16 - 26 周龄小鼠的后腿骨髓中分离细胞，在含有 M-CSF 和 10% 胎牛血清的 DMEM 培养基中培养 8 天，收获细胞并用 LPS、IL-4 或氧化型 1-棕榈酰-2-油酰-sn-甘油-3-磷酸胆碱（oxPAPC）极化 6 - 24 小时。
-
CRISPR-Cas9 介导的基因敲除 ：使用 P3 主细胞 4D-Nucleofector 对培养 4 天的 BMDMs 进行核转染，以敲除 Chac1 基因。
检测方法
-
流式细胞术 ：用于检测细胞表面标志物、线粒体膜电位、线粒体超氧产生和细胞内硫醇水平。
-
细胞因子检测 ：通过酶联免疫吸附试验（ELISA）和电化学发光法（MSD）检测细胞培养上清中的 IL-1β 和 IL-10 水平。
-
ATP、谷胱甘肽和氧化还原电位测定 ：使用 CelltiterGlo3D 试剂盒、谷胱甘肽-荧光素酶检测试剂盒和抗氧化剂检测试剂盒分别测定 ATP、GSH 和培养基的氧化还原电位。
研究结果
Sxc 在 LPS 刺激下特异性诱导并调节 GSH 水平
-
Slc7a11 的转录调控 ：BMDMs 受 LPS 和 IL-4 刺激后分别极化为 M1 和 M2 型，oxPAPC 诱导 Mox 型极化。Slc7a11 表达仅被 LPS 特异性上调，且在刺激后 1 小时迅速上升，4 小时达峰值。
-
抗氧化潜力和 GSH 水平 ：与 WT 细胞相比，KO 动物的 M1 和 Mox 极化巨噬细胞培养基抗氧化潜力降低，KO BMDMs 培养基和细胞内 GSH 水平均显著下降，但经 γ-谷氨酰半胱氨酸（GGC）处理后部分恢复。
Sxc 调节线粒体超氧产生和膜电位
-
线粒体超氧产生 ：KO BMDMs 的线粒体超氧产生增加。
-
线粒体膜电位 ：LPS 处理的 KO 巨噬细胞中高膜电位群体（PE-Hi）频率增加，而低膜电位群体（PE-Lo）的膜极化程度高于 WT BMDMs，未刺激条件下 KO BMDMs 的高膜电位群体线粒体膜电位较低。
Sxc 对 LPS 诱导的细胞因子产生的影响
-
细胞因子分泌 ：KO BMDMs 的 IL-1β 和 IL-10 分泌减少，GGC 处理可增加 IL-1β 分泌，但对 IL-10 无影响。
-
细胞内细胞因子水平 ：KO BMDMs 的细胞内 IL-1β 和 IL-10 水平降低，用还原剂 β-巯基乙醇（BME）处理可增加细胞内细胞因子水平，但不影响 IL-10。
Chac1 敲除对 Sxc 缺陷导致的 GSH 和细胞因子减少的影响
-
Chac1 表达 ：KO BMDMs 中 Chac1 表达慢性升高。
-
Chac1 敲除对细胞因子和 GSH 的影响 ：Chac1 敲除的 WT BMDMs 中 IL-1β 产生增加，而 KO BMDMs 中 IL-1β 产生降低。Chac1 敲除降低了 WT 和 KO BMDMs 的 GSH 水平。
腹腔巨噬细胞中 Sxc 缺陷的结果
-
体外培养 ：与 BMDMs 类似，KO 腹腔巨噬细胞在 LPS 刺激后 IL-1β 和 IL-10 分泌减少。
-
体内实验 ：在内毒素血症模型中，KO 和 WT 小鼠腹腔巨噬细胞的细胞内 IL-1β 和 IL-10 水平无显著差异，但 LPS 诱导后 IL-1β 水平升高，而 IL-10 在 KO 巨噬细胞中升高不显著。此外，与 WT 小鼠相比，KO 小鼠巨噬细胞的基础 ATP 和 GSH 水平较低。
研究结论
Sxc 在巨噬细胞对 LPS 的响应中发挥着关键作用，其缺陷导致 GSH 水平下降、线粒体功能受损和细胞因子产生减少。在体外条件下，这些效应更为显著，而在体内可能由于代谢途径的冗余性和补偿作用而未观察到明显差异。研究表明，Sxc 对于维持巨噬细胞的氧化还原平衡、线粒体功能和炎症反应至关重要，尤其是在大气氧张力下。
研究意义与展望
本研究深入探讨了 Sxc 在巨噬细胞功能中的作用，揭示了其在调节 GSH 代谢、线粒体功能和细胞因子产生中的关键地位。这些发现不仅增进了我们对巨噬细胞代谢与免疫功能关系的理解，还可能为相关疾病的治疗提供新的靶点。未来的研究可以进一步探讨 Sxc 在不同生理和病理条件下的具体作用机制，以及如何通过调节 Sxc 活动来增强巨噬细胞的免疫功能。
| 名称 | 货号 | 规格 |
| V-PLEX SARS-CoV-2 Panel 2 (IgG) Kit (5 PL) | K15383U-2 | 5PL |
| V-PLEX SARS-CoV-2 Panel 2 (IgG) Kit (25 PL) | K15383U-4 | 25PL |
| V-PLEX Proinflammatory Panel1 (human) Kit (25 Plate) | K15049D-4 | 25Plate |
| V-PLEX Proinflammatory Panel1 (human) Kit (1 Plate) | K15049D-1 | 1Plate |
