Acod1-flox 基因敲除小鼠

ACOD1，也称为免疫反应基因1（IRG1），是一种重要的代谢酶，负责催化异柠檬酸转化为衣康酸的过程。异柠檬酸是三羧酸循环（Krebs循环）中的一个关键中间产物，而衣康酸则是一种具有多种生物学功能的代谢产物。ACOD1的表达受多种因素的调控，包括病原体感染、病原体相关分子模式（PAMPs）、细胞因子和损伤相关分子模式（DAMPs）等。免疫受体、适配蛋白、泛素连接酶和转录因子等分子组成的复杂信号传导网络，以依赖上下文的方式控制ACOD1的表达。ACOD1在免疫代谢中发挥着重要作用，它通过介导衣康酸的产生、氧化应激和抗原处理，在免疫反应和疾病中发挥着双重作用。一方面，ACOD1的激活可能限制病原体感染并促进胚胎植入；另一方面，ACOD1表达异常可能导致肿瘤进展、神经退行性疾病和免疫麻痹。因此，深入了解ACOD1的功能和调控机制对于开发基于ACOD1的治疗策略具有重要意义[1]。

ACOD1在炎症中发挥着双重作用。它在免疫或非免疫细胞中的表达上调，在代谢重编程、信号传导、炎症小体调节和蛋白质修饰中发挥着依赖上下文的作用。ACOD1调节抗炎或促炎反应的方式可能依赖于衣康酸，也可能与衣康酸无关。进一步了解ACOD1的表达和功能，可能为开发针对炎症性疾病的精准疗法铺平道路[2]。

衣康酸作为一种关键的免疫代谢产物，在宿主防御和炎症中发挥着重要作用。在激活的巨噬细胞中，三羧酸循环的特定中断通过积累多种代谢物来调节巨噬细胞的效应功能。其中，衣康酸是这些代谢物之一，由异柠檬酸脱羧酶（ACOD1）催化产生。衣康酸在免疫和炎症中具有多种功能，包括抑制琥珀酸脱氢酶（控制琥珀酸水平，琥珀酸在炎症中具有多种作用）、在多个水平抑制糖酵解（从而限制炎症）、激活抗炎转录因子Nrf2和ATF3，以及抑制NLRP3炎症小体。衣康酸及其衍生物在脓毒症、病毒感染、银屑病、痛风、缺血再灌注损伤和肺纤维化等炎症性疾病的临床前模型中具有抗炎作用，这表明衣康酸可能成为治疗多种炎症性疾病的潜在药物[3]。

通过一种基于CRISPR的代谢基因敲除筛选，研究发现KEAP1和ACOD1是巨噬细胞促炎状态的重要调节因子。ACOD1敲除的巨噬细胞表现出持续极化为促炎状态，表现为增加的活性氧（ROS）产生、更强的吞噬作用和对癌细胞更强的细胞毒性作用。在卵巢或胰腺癌小鼠模型中，ACOD1耗尽的CAR-iMACs表现出更强的抑制肿瘤的能力，导致生存率提高。此外，将ACOD1耗尽的CAR-iMACs与免疫检查点抑制剂（ICI）结合，如抗CD47或抗PD1抗体，可以产生更强的肿瘤抑制作用。机制上，ACOD1的耗尽减少了免疫代谢物衣康酸的水平，使KEAP1能够阻止NRF2进入细胞核以激活抗炎程序。因此，本研究为在骨髓细胞中靶向ACOD1进行癌症免疫治疗奠定了原理，并引入了具有增强极化和抗肿瘤功能的代谢工程化人iPSC衍生CAR-iMACs细胞，用于过继细胞转移治疗[4]。

在单核细胞和巨噬细胞中，ACOD1显示出一种意想不到的促炎活性。ACOD1的积累通过激活细胞因子风暴，主要通过肿瘤坏死因子信号通路，导致强烈的促炎反应。研究表明，CDK2在苏氨酸-160位点的磷酸化介导了通过受体激活C激酶1的丝裂原活化蛋白激酶8的激活，导致JUN依赖的ACOD1的转录。在骨髓细胞中敲除CDK2或ACOD1，或给予CDK抑制剂dinaciclib，可以保护小鼠免受多菌种脓毒症的侵害，并改善生存率，降低细胞因子风暴。CDK2-ACOD1轴的表达与40名细菌性脓毒症患者病情的严重程度相关。因此，这些发现为ACOD1在先天免疫中的一种以前未被认识到的功能提供了证据，并建议将其作为治疗脓毒症的一个潜在治疗靶点[5]。

在特发性肺纤维化（IPF）中，气道巨噬细胞（AMs）发挥着关键作用。衣康酸作为一种巨噬细胞功能的调节剂，其在纤维化过程中的作用尚不清楚。研究发现，衣康酸是肺部的内源性抗纤维化因子。与对照相比，IPF患者的支气管肺泡灌洗液中衣康酸水平降低，AMs中衣康酸合成酶异柠檬酸脱羧酶的表达（ACOD1）也降低。在肺纤维化的小鼠模型中，Acod1-/-小鼠表现出持续的纤维化，而野生型（WT）同窝仔鼠则没有。与WT组织驻留AMs相比，Acod1-/- AMs中的促纤维化基因表达增加，而将WT单核细胞募集的AMs进行过继转移可以挽救小鼠的疾病表型。用衣康酸培养肺成纤维细胞可以降低其增殖和伤口愈合能力，而吸入衣康酸在小鼠体内具有保护作用。这些数据共同表明，衣康酸对于控制肺纤维化的严重程度至关重要，靶向这一途径可能是一种可行的治疗策略[6]。

ACOD1介导的厌氧糖酵解抑制可以抑制破骨细胞分化并减轻关节炎中的骨侵蚀。代谢变化在破骨细胞发育中起着关键作用，并可能有助于类风湿性关节炎（RA）中的骨降解。异柠檬酸脱羧酶1（Acod1）是一种已知的将单核细胞衍生的巨噬细胞的功能与其代谢状态联系起来的酶。由于破骨细胞来源于单核细胞谱系，我们假设Acod1及其代谢物衣康酸在破骨细胞分化和关节炎相关的骨丢失中发挥作用。研究发现，RA患者外周血单核细胞（PBMCs）中的衣康酸水平与疾病活动性呈负相关。Acod1缺陷小鼠在实验性关节炎中表现出破骨细胞数量增加和骨侵蚀，而4-OI处理则减轻了体内的炎症性骨丢失，并抑制了人源和鼠源破骨细胞的分化。机制上，Acod1通过抑制琥珀酸脱氢酶依赖性活性氧的产生和Hif1α介导的厌氧糖酵解的诱导来抑制破骨细胞的分化。因此，Acod1和衣康酸是类风湿性关节炎中破骨细胞分化和骨丢失的重要调节因子[7]。

免疫反应基因1（IRG1）编码催化衣康酸（ITAs）产生的异柠檬酸脱羧酶（ACOD1）。IRG1/ITA的抗炎功能已在多种病原体模型中得到证实，但在癌症中的作用知之甚少。研究表明，IRG1在人和小鼠肿瘤的肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）中表达。肿瘤细胞通过激活NF-κB通路诱导巨噬细胞中的Irg1表达，而ACOD1产生的ITA通过抑制TET DNA二加氧酶来抑制炎症基因的表达和肿瘤部位CD8+ T细胞的浸润。在敲除Irg1的小鼠中，多种肿瘤类型的生长受到抑制，并且抗PD-(L)1免疫治疗的疗效得到增强。这些发现为ACOD1是免疫肿瘤学药物的一个潜在靶点提供了一个概念证明，并且IRG1缺陷的巨噬细胞代表了癌症治疗的一个有潜力的细胞治疗策略，即使在T细胞介导的免疫疗法抵抗的胰腺肿瘤中也是如此[8]。

免疫细胞在炎症过程中会经历快速而广泛的代谢变化。除了对能量和生物合成需求做出贡献外，代谢物还可以作为信号分子发挥作用。衣康酸（ITA）在感染和无菌炎症条件下，在髓系细胞中迅速积累到高水平。这种代谢物在细胞内与多种蛋白质结合并调节其功能，影响代谢、氧化反应、表观遗传修饰和基因表达，并通过与G蛋白偶联受体（GPCR）结合来信号传导。衣康酸的施用可以保护免受炎症性疾病的影响，而阻断衣康酸的产生则可以增强临床前模型中的抗肿瘤免疫。在这篇文章中，我们回顾了衣康酸的代谢及其调控，讨论了其靶蛋白和机制，并推测了开发基于衣康酸的疗法以治疗炎症性疾病和癌症的合理性[9]。

内源性代谢物衣康酸最近被确定为一种调节巨噬细胞功能的因子，但其确切的机制尚不清楚。研究发现，衣康酸是小鼠和人巨噬细胞中脂多糖（LPS）激活所需的抗炎转录因子Nrf2（也称为NFE2L2）激活所必需的。衣康酸通过直接修饰蛋白质的半胱氨酸残基进行烷基化。衣康酸烷基化KEAP1蛋白上的半胱氨酸残基151、257、288、273和297，使Nrf2能够增加下游基因的表达，这些基因具有抗氧化和抗炎能力。Nrf2的激活对于衣康酸的抗炎作用是必需的。研究者描述了一种新的细胞通透性衣康酸衍生物4-辛基衣康酸的使用，该衍生物在体内对LPS诱导的死亡率具有保护作用，并降低细胞因子产生。此外，I型干扰素增强了Irg1（也称为Acon1）和衣康酸的产生。研究者还发现，衣康酸的产生限制了I型干扰素的反应，表明干扰素和衣康酸之间存在一个负反馈回路。这些发现表明，衣康酸是一种关键的抗炎代谢物，它通过Nrf2来限制炎症并调节I型干扰素[10]。

综上所述，ACOD1作为一种重要的代谢酶，在免疫代谢和炎症中发挥着重要作用。ACOD1通过介导衣康酸的产生，影响氧化应激、抗原处理和细胞代谢，从而在免疫反应和疾病中发挥着双重作用。ACOD1的表达受多种因素的调控，包括病原体感染、病原体相关分子模式、细胞因子和损伤相关分子模式等。免疫受体、适配蛋白、泛素连接酶和转录因子等分子组成的复杂信号传导网络，以依赖上下文的方式控制ACOD1的表达。ACOD1在多种疾病中发挥着重要作用，包括肿瘤进展、神经退行性疾病和脓毒症等。因此，深入研究ACOD1的功能和调控机制对于开发基于ACOD1的治疗策略具有重要意义。