衣康酸——巨噬細胞產生的代謝物,傳統觀點認為其有抗炎作用。近期 Cell Metabolism 研究發現,衣康酸在肺泡巨噬細胞中會促進炎癥反應,穩定同位素標記技術在該機制發現中起了關鍵作用......
Section.01
衣康酸: “人設崩塌"?
衣康酸 (Itaconate) 是巨噬細胞在免疫激活時通過免疫應答基因 1 (IRG1) 途徑合成的重要代謝產物。科學界普遍認為衣康酸具有顯著的抗炎作用,能夠抑制炎癥,減少炎癥因子如 IL-6、IL-12 的生成。
然而,Shan 等研究團隊新發表在 Cell Metabolism 上的突破性研究得出了一個相反的結論:在組織駐留的肺泡巨噬細胞 (AMs) 中,衣康酸反而表現出促炎作用,顯著增強了 NLRP3 炎癥小體的活化,促進 IL-1β 等促炎細胞因子的釋放。小鼠體內實驗顯示,衣康酸的處理會加重 LPS 誘導的急性肺損傷,提示在特定微環境下,衣康酸可能“火上澆油"!

圖 1. 研究示意圖[1]。
這顛-覆了我們對它一貫的“抗炎印象",研究人員是如何發現這一重要實驗現象的呢?本期我們就一起分析下~
Section.02
衣康酸促炎: 文獻研究思路
Shan 等研究團隊采用代謝流分析技術 (Metabolic flux analysis,MFA),通過使用全 13C 標記的谷氨酰胺 (Glutamine-13C5) 示蹤實驗,結合氣相色譜-質譜 (GC-MS) 和液相色譜-串聯質譜 (LC-MS/MS) 連用技術,精確追蹤了衣康酸在肺泡巨噬細胞 (AMs) 中代謝網絡的調控機制,明確解釋了衣康酸是如何在 AMs 中促進炎癥的過程,具體的實驗的過程為:
一、細胞模型構建
? 肺泡巨噬細胞 (AMs) 分離:從小鼠肺組織中分離 AMs,純度高于 95%。
? 骨髓來源巨噬細胞 (BMDMs) 培養:通過體外培養骨髓細胞獲取。
二、同位素標記實驗
? 標記策略:使用 glutamine-13C5 進行代謝標記實驗;在無血清 DMEM 培養基中添加 2mM glutamine-13C5 替換普通谷氨酰胺。
? 標記時間:細胞在 37℃、5% CO2 條件下孵育 4 h。
? 實驗分組:對照組:僅用 LPS (100 ng/Ml) 刺激 4 h;衣康酸處理組:衣康酸 (7.5 mM) 預處理 3 h,再 LPS 刺激 4 h;自然豐度對照組:為標記的普通谷氨酰胺培養基,用于本地校正。

三、代謝物提取與衍生化
? 快速淬滅代謝反應:實驗結束后,快速用液氮速凍細胞,終止代謝活動。
? 代謝物提取:使用 80% 甲醇 (-80℃ 預冷) 裂解細胞,離心后收集上清液;采用凍干法濃縮代謝物。
? 衍生化處理 (GC-MS 分析):代謝物經 MOX 試劑 (甲氧胺鹽酸鹽) 和 MSTFA (硅烷化試劑) 衍生,提升 GC-MS 檢測靈敏度。
四、質譜分析
? GC-MS 檢測:檢測衣康酸、琥珀酸、富馬酸等 TCA 循環中間產物。
? LC-MS/MS:MRM,定量 13C 標記代謝物。
五、數據分析
? 代謝流計算:使用 MetaboAnalyst 5.0 和 SIMCA-P 進行多元統計分析;計算 13C 標記比例,解析代謝通量變化 (如琥珀酸→富馬酸)。
? 關鍵發現:衣康酸顯著抑制琥珀酸脫氫酶 (SDH) ,導致 13C-琥珀酸堆積; AMs 通過增強線粒體復合物 I (ETC-CI) 活性補償能量缺口,進而激活炎癥信號。
Section.03
同位素標記物---科研核心工具
在研究人員探索衣康酸是促進細胞炎癥的過程中,穩定同位素標記技術發揮了不-可-或-缺的貢獻!
精準解析代謝動態變化
傳統代謝組學僅能測定代謝物靜態濃度,而 13C 穩定同位素標記技術可動態追蹤谷氨酰胺 -13C5 在 TCA 循環中的流向,明確衣康酸抑制 SDH 的關鍵節點;通過計算 13C 標記代謝物的同位素豐度分布,精確評估代謝通量變化。
區分內源與外源代謝貢獻
通過 13C 標記的琥珀酸與未標記物的對比,排除實驗干擾,確認衣康酸直接作用于 SDH ;證實衣康酸特異性誘導 AMs 發生代謝重編程,而 BMDMs 未出現相同的代謝表型。
揭示細胞類型特異性調控機制
同位素示蹤數據表明,AMs 因肺泡微環境特性 (如低氧、低葡萄糖) 主要依賴氧化磷酸化供能,而 BMDMs 以糖酵解為主;衣康酸通過抑制 SDH 導致 AMs 中琥珀酸累積,進而通過以下機制觸發促炎效應:琥珀酸介導的線粒體 ROS 生成增加、激活 HIF-1α 信號通路及促進 NLRP3 炎癥小體組裝與活化。這些發現建立了代謝物動態變化與炎癥反應調控的直接分子關聯。
技術靈敏度高
GC-MS 與 LC-MS/MS 的結合使用,全面覆蓋 TCA 循環中關鍵中間體及其代謝物,檢測靈敏度高范圍寬。
關于 MCE

Section.04
小結
作者采用穩定同位素標記技術,明確解釋了衣康酸并非“萬能抗炎分子",其在肺泡巨噬細胞中的促炎作用警示臨床開發需謹慎;通過同位素標記技術對傳統認知發起了挑戰,對靶向治療打開了一個全新思路,如通過抑制 ETC-CI 或 SDH 活性可能成為緩解肺損傷的一個治療靶點。未來,隨著質譜技術和同位素示蹤方法的不斷進步,同位素標記技術將會能夠更深入、更精細地解析一些細胞和組織層面的代謝網絡,從而為理解疾病的本質、發現新的治療靶點提供更堅實的基礎。
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[1] Shan M, et al., Itaconate promotes inflammatory responses in tissue-resident alveolar macrophages and exacerbates acute lung injury. Cell Metab. 2025 Jun 14:S1550-4131(25) 00268-2.

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