奥地利OROBOROS  免疫能量代谢研究应用解决方案

 

免疫研究中线粒体作为主要动力源,活跃 的免疫细胞,需要大量的能量来执行它们 的功能,如吞噬病原体、产生抗体和激活 其他免疫细胞。这些细胞通过代谢过程来 满足其能量需求。在面对感染或免疫刺激 时,免疫细胞会通过改变其代谢适应来满 足能量需求。例如,在急性感染或炎症状 态下,免疫细胞会降低有氧呼吸以激活其 他途径,用来快速产生 ATP 和中间代谢产 物来支持其功能。而在慢性感染或稳定状 态下,它们更倾向于选择氧化磷酸化代谢 途径,以获得更高效的能量产生。免疫系 统和能量代谢密切相关,相互影响。充足 的能量供应和合适的代谢调控对于维持免 疫细胞的功能和免疫应答至关重要。进一 步的研究将有助于深入理解免疫与能量代 谢之间的复杂相互作用,并为免疫相关疾 病的治疗和预防提供新的思路和策略

APPLICATION FOR IMMUNE RESPIROTORY METABOLISM

案例一:检测慢性淋巴细胞白血病中 Richter 转化的早期发生

关键词:人血检测、原代细胞、免疫治疗

 

 

引言:在免疫化疗时代,1%-10.7%的慢性淋巴细胞白血病(CLL)会发生 Richter’s 综合征/Richter’s 转化(RS/RT),CLL 发生 RT 的机制尚不明确,可能与分子、微环境、宿主的免疫功能及所接受的治疗方式有关。

 

 

Richter 转化(RT)是慢性淋巴细胞白血病(CLL)进化为大 B 细胞淋巴瘤的典型情况,其预后不佳。导致 RT 的机制仍然大部 分未知。本研究对 19 例发生 RT 的 CLL 病例进行了整个基因组、表观基因组和转录组的表征,结合了能量代谢功能检测实验。通过研 究覆盖了长达 19 年疾病过程的 54 个纵向样本,我们发现了微小的亚克隆,这些亚克隆在 CLL 诊断时就已携带 RT 细胞的基因组、免 疫遗传和转录组特征,但在转化前休眠了长达 19 年。同时还发现了 IACS-010759 是一种靶向线粒体复合物 I 的 OXPHOS 抑制剂, 证明抑制 OXPHOS 能够减少 RT 细胞的增殖。这些发现揭示了 RT 的潜在治疗靶点。

 

结果:

本研究在12号、19号和63号患者的样本中实验验证了RT的OXPHOS和BCR活性。呼吸测定实验证实,OXPHOS high RT 细胞(患者 12 和 63)的常规呼吸耗氧量较 CLL 高 3.5 倍,并且电子传递系统容量(ETC)比 CLL 高 5 倍。 为了确定 OXPHOS high 在 RT 中的生物学效应,我们进行了体外增殖实验,使用了 IACS-010759(100 nM),这是 一种靶向线粒体复合物 I 的 OXPHOS 抑制剂。在 72 小时内, IACS-010759(100 nM)抑制导致 OXPHOS high RT 的增殖明显下降(平均下降 49.1%),与 OXPHOS normal RT(下降 2.2%)和 CLL(下降 23.2%)相比形成对比。 总体而言,这些结果确认了 OXPHOS high 表型在 RT 的高增殖中的作用,并暗示其在 RT 中的潜在治疗价值。

 

参考文献:

Nadeu, Royo, Massoni-Badosa, Playa-Albinyana, Garcia-Torre, et al. Detection of early seeding of Richter transformation in chronic lymphocytic leukemia (2022). Nature Medicine volume 28, pages1662–1671

案例二:

敲除复合体 III 亚基 Uqcrh 会导致生物能量损伤和心脏收缩功能障碍

 

关键词:巨噬细胞、悬浮检测、NAD、免疫调节、细胞存活率

 

 

引言:免疫细胞表达许多在细胞内和细胞外存在的 NAD 合成和降解酶,如烟酰胺磷酸核糖转移酶(NAMPT)/烟酸磷酸核糖转移酶(NAPRT)、CD38、CD73、CD157、聚腺苷二磷酸核糖聚合酶(PARPs)和泛素连接酶。这些酶的表达在炎症性疾病过程中得到调节,似乎在不同免疫细胞类型的功能中发挥着重要作用。这些酶以及 NAD 代谢的变化已经被证明影响了一些功能,如促炎反应、免疫抑制、巨噬细胞极化、免疫细胞迁移、DNA 修复和表观遗传学,这表明 NAD 代谢在调节免疫功能中扮演了一定角色。然而,关于 NAD 及其代谢产物、前体和代谢酶如何共同调节免疫功能和炎症性疾病的完整图景尚未明确。

 

 

摘要:烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD)代谢在调节免疫功能中发挥重要作用。然而,关于 NAD 及其代谢产物、前体和代谢酶如何共同调节免疫功能和炎症性疾病的完整图景仍未完全理解。令人惊讶的是,很少有研究比较了 NAD 的不同形式对细胞功能的影响。因此,本研究使用不同的 NAD 前体补充剂,增强 NAD 在调节巨噬细胞活化和功能方面的作用。本研究比较了烟酰胺单核苷酸(NMN)、烟酰胺核苷(NR)和烟酰胺(NAM),以及最近描述的有效 NAD 前体 NRH。结果表明,只有 NRH 的补充显著增加了骨髓来源巨噬细胞中的 NAD 水平。重要的是,NRH 的补充在静息巨噬细胞中激活了促炎症表型,诱导了多种细胞因子、趋化因子和酶的基因表达。NRH 还增强了脂多糖(LPS)对巨噬细胞活化和细胞因子基因表达的影响,表明强效的 NAD 前体可以促进巨噬细胞的炎症。总之,诸如 NRH 之类的 NAD 前体可能是理解 NAD 和 NADH 代谢在其他免疫细胞炎症过程中的作用的重要工具,并将免疫细胞重新编程为促炎症表型,如在肿瘤微环境中的 M2 向 M1 的转变中的巨噬细胞重新编程中的作用。

 

结果:本研究采用了原代巨噬细胞 BMDM,为了确定补充 NRH 对细胞活力和耗氧量等参数的影响,我们用 NRH 进行了更长的治疗(20 小时)。与其他 NAD 前体不同,补充 500μM NRH 可提高 BMDM 细胞活力。细胞活力的这种增加表明,在我们的治疗期间,在 BMDM NRH 中没有显示出细胞毒性作用,相反,它似乎正在改善细胞存活率。为了确认这些结果,我们还在补充 20μM NRH 或脂多糖(LPS)处理 1 小时后通过细胞计数和细胞可视化确定了细胞活力和存活率。在治疗期间,我们没有观察到 NRH或 LPS 对细胞活力的有害影响。我们还研究了补充 NRH 是否会改变耗氧率(OCR)。与非刺激细胞相比,用 500μM NRH 处理BMDM20 小时没有显着改变基础,泄漏或最大呼吸。作为对照,我们用 1 或 10ng / ml LPS 处理 BMDM,发现两种浓度都降低了基础呼吸、最大呼吸,这与 NRH 不同。

 

 

参考文献:Claudia C. S. Chini, Thais R. Peclat, Lilian S. Gomez, Julianna D. Zeidler,Gina M. Warner, Sonu Kashyap, Delaram Z. Mazdeh, Faisal Hayat,Marie E. Migaud, Aneel Paulus, Asher A. Chanan-Khan and Eduardo N. Chini.Dihydronicotinamide Riboside Is a Potent NAD Precursor Promoting a Pro-Inflammatory Phenotype in Macrophages+. ORIGINAL RESEARCH article.Front. Immunol., 25 February 2022

案例三:牛皮癣患者单核细胞线粒体呼吸和复合体 I 活性的变化

 

关键词:牛皮癣,外周血单核细胞,线粒体,呼吸链,复合物 I

 

 

引 言:  牛皮癣是最常见的免疫介导的慢性炎症性皮肤病之一,其特征是过度增殖性角质形成细胞和 T 细胞,树突状细胞,巨噬细胞和中性粒细胞的浸润。虽然银屑病的发病机制尚不完全清楚,但有充分证据表明,皮肤免疫细胞(尤其是 T 细胞)的失调在银屑病的发展中起着关键作用。与其他自身免疫型疾病一致,银屑病传统上被认为是 T 辅助性(Th)1 型疾病。然而,一些证据表明 Th-17是罪魁祸首,Th1 具有次要作用[3]。一些报道还提示银屑病中存在活化的自身反应性 T 细胞。

 
 

摘要:尽管牛皮癣的发病机制在很大程度上是未知的,但越来越多的证据表明,银屑病是一种免疫介导的疾病,通过细胞因子介导的活化淋巴细胞亚群和角质形成细胞之间的正环来确定。线粒体除了在细胞生物能量学中的作用外,现在还被认为是控制免疫反应的决策中心。在本研究中比较了牛皮癣患者和健康对照组之间 PBMC 的线粒体相关功能。呼吸测量分析显示,在患者细胞中,寡霉素敏感的内源性线粒体驱动的耗氧量显着增加了三倍,这可以追溯到呼吸链复合物 I 的特定活性增加。 通过定量 RT-PCR 分析调节线粒体生物发生的转录因子未导致患者与对照细胞之间的显着变化并通过复合物 I 亚基的未受影响表达得到证实。用异丙肾上腺素和 IBMX 治疗患者或对照细胞排除了 cAMP-PKA 介导的呼吸复合物转录后修饰的参与。GRIM19 是一种多效性蛋白,参与复合物 I 的结构和功能稳定以及 STAT3 的线粒体易位,在患者细胞中显着上调。STAT727 在 S3 处的磷酸化在患者细胞中增加,此外,这揭示了 STAT3α / βsplisoform 相对表达的变化。

 

结果:分离的 PBMC 通过高分辨率氧度测定法进行呼吸分析。图 A 详细介绍了所使用的实验方案,并代表了比较测量。结果表明,在内源性底物上的静息呼吸中继下,患者的细胞表现出显着的耗氧量(OCR)增强三倍(图 B)。添加 F0F1-ATP 合酶抑制剂寡霉素导致 OCR 显着降低,表明线粒体呼吸的很大一部分与 ATP 合成偶联(图 C)。相反,在对照 PBMC 中,寡霉素仅引起 OCR 的轻微降低。因此,将静息 OCR 除以寡霉素存在的呼吸控制比(RCR)在患者细胞中更高,表明其中的 OxPhos 更有效(图 D)。通过添加K-离子载体伐利霉素使线粒体跨膜电位(ΔΨm)崩溃,使 OCR 恢复到患者和对照细胞中的静息呼吸水平。这些活动几乎完全被 KCN抑制,因此可归因于线粒体呼吸链。此外,选择抗体的使用引入了另一个需要考虑的变量。因此,我们的结论依赖于代谢活跃的淋巴细胞代表新鲜制备的 PBMC 中最大的细胞群(≈75%)的概念。

 

参考文献:Rosella Scrima, Claudia Piccoli, Giovanni Quarato, Maria Ripoli, Mario Mastrolonardo and Nazzareno Capitanio. Alterations of MitochondrialRespiration and Complex I Activity in Mononucleate Cells from Psoriatic Patients: Possible Involvement of GRIM-19-STAT3α/β. Scrima et al., J Clin CellImmunol 2014, 5:1

案例四:在 COVID-19 后综合症患者中,减少的血小板线粒体呼吸和氧化磷酸化在温泉康复和靶向泛醌醇治疗后得以恢复

 

关键词:COVID-19、血小板、CoQ10、线粒体健康、呼吸链

 

 

引言:山间温泉康复对于改善肺部疾病、疲劳、关节疼痛、心理压力、抑郁症、睡眠障碍和患有各种疾病的患者的生活质量都具有益处,尤其是慢性肺病患者。老年人和合并症患者,更容易发生 COVID-19 后综合症(post C-19)。呼吸症状包括呼吸困难和血氧饱和度降低。所以 COVID-19 后综合症患者应该考虑进行住院后的肺部温泉康复。

 

摘要:欧洲山间温泉康复协会推荐对于患有 COVID-19 后综合症(post C-19)的患者进行山间温泉康复。本实验研究了特殊的山间温泉康复计划以及其与辅酶 Q10(CoQ10 的还原形式)补充疗法对 COVID-19 后综合症患者的肺功能、临床症状、内源性 CoQ10 水平和血小板线粒体生物能量学的影响。本研究纳入了 36 名 COVID-19 后综合症患者和 15 名健康志愿者作为对照组。其中,14 名 COVID-19 后综合症患者(MR 组)进行了为期 16-18 天的山间温泉康复,22 名患者(MRQ 组)在康复期间补充了辅酶 Q10(2 × 100 mg/天),在康复后的额外 12-14 天继续补充。在康复计划开始前和结束后对患者进行肺功能和临床症状的评估。山间温泉康复联合辅酶 Q10 补充可能适用于 COVID-19 后综合症患者,该研究已在临床试验中注册。

 

 

结果:通过高分辨率呼吸仪测定血小板生物能量学,测定血浆 TBARS 浓度,以及血液、血浆和血小板中的 CoQ10 浓度,并对 MRQ 组的 8 名患者在辅酶 Q10 补充治疗后的额外 12-14 天进行了测定。两组患者的肺功能和临床症状在康复计划后均有所改善,MR 组中 51.8%的症状消失,MRQ 组中 62.8%的症状消失。两组患者的血小板线粒体复合物 I(CI)关联的氧化磷酸化(OXPHOS)和电子转移(ET)能力均显著降低。康复计划结束后,在 MRQ 组中这些参数的改善在 CI-linked OXPHOS和 ET 容量方面更为显著。MRQ 组中,补充辅酶 Q10 导致了血小板、血液和血浆中 CoQ10 浓度的显著提高,而在非补充组中则没有。在 MRQ 组中,血小板线粒体呼吸的所有参数都与血小板中的 CoQ10 浓度相关,CI-linked OXPHOS 和 ET 容量的增加与血小板中 CoQ10 浓度的增加相关。我们的数据显示,补充的辅酶 Q10 在加速 COVID-19 后综合症患者线粒体健康恢复方面具有显著作用。

 

参考文献:Sumbalová Z, Kucharská J, Rausová Z,Palacka P, Kovalčíková E, Takácsová T,Mojto V, Navas P, Lopéz-Lluch G andGvozdjáková A (2022), Reduced platelet mitochondrial respiration and oxidative phosphorylation in patients with post COVID-19 syndrome are regenerated after spa rehabilitation and targeted ubiquinol therapy. Front. Mol. Biosci. 9:1016352.

案例五:肠炎引发的肝脏线粒体复合物 I 和能量代谢增强:肠道微生物群源内毒素的关键作用

 

关键词:肠道微生物、肝脏、线粒体、复合物Ⅰ

 

 

引言:作为肠道免疫屏障的重要组成部分,肠道菌群对于维持宿主的健康至关重要。肠道炎症的发展伴随着肠道微生物菌群的紊乱。肠道通透性和失调的渗透性不仅使细菌能够侵入宿主,还导致巨噬细胞的浸润和炎症。作为应对,机体产生细胞因子和其他介质,有效地发动全身性炎症反应。因此,肠炎是一种系统性疾病,不仅影响消化道,还影响外肠脏器。因此,在肠炎期间肠道菌群和微生物代谢物对其他器官的影响值得未来的研究。

 

 

摘要:炎症是一个耗能的过程,而肝脏是能量调节的关键器官。由于肠道和肝脏之间交换营养物质和代谢产物,肠炎可能会影响肝脏。为了研究肠炎与肝脏代谢之间的关系,本研究在白鲫鱼(Carassiusgibelio)中开发了一种浓度依赖性的2,4,6-三硝基苯磺酸(TNBS)肠炎模型。结果显示,在肠炎发展过程中,肠道紧密连接的失调、肠道屏障通透性增加以及上皮细胞凋亡现象。通过LC-MS分析了肝脏代谢组,使用Oxygraph-2k测定了肝脏呼吸。结果显示,糖酵解、三羧酸循环和嘧啶代谢受到肠炎的影响。特别地,肝脏线粒体呼吸链复合物I的活性显著增加。通过16SrRNA测序分析分析了肠道微生物群的结构和丰度变化。肠道病原菌以及血浆内毒素(LPS)显著增加。通过使用肝细胞系,我们验证了肝脏代谢失调与LPS分布错位之间的关系。所有结果都暗示了白鲫鱼中肠炎与肝脏代谢之间存在联系,而肠道微生物组在这一过程中起着关键作用。

 

结果:本研究在白鲫鱼中使用TNBS开发了肠道炎症模型。并发现肠道微生物群产生的内毒素介导了肝脏代谢的变化,尤其是对炎症的反应中复合物I的活性。我们的结果进一步表明,肠道炎症导致肠道微生物群失调,并产生大量的内毒素LPS进入循环。LPS诱导线粒体激活,增强能量产生。因此,在肝脏中靶向能量生物合成途径可能是治疗肠炎期间的全身性炎症的一种新策略。

 

 

参考文献:FuL,LiuH,ChenW,HooftJM,ØverlandM,CaiW,HanD,ZhuX,YangY,JinJandXieS(2022)Enhancementoflivermitochondrial

complexIandenergymetabolisminducedbyenteritis:Thekeyroleofgutmicrobiotaderivedendotoxins.Front.Immunol.13:981917.

案例六:埃及伊蚊雌性头部增强氧化磷酸化是成为吸血习性的必要步骤

 

关键词:虫媒、线粒体、羽化、呼吸链、ATP

 

 

引言:埃及伊蚊是登革热、寨卡病毒、基孔肯雅热和黄热病等多种人类疾病的媒介。只有成年雌虫能够摄食血液,这对于它们后代的繁殖至关重要,因此也将这些病原体传播给人类宿主。有趣的是,成虫刚羽化后,雌虫表现出对花蜜的偏好,只有在三天后它们才完全具备进食血液的能力

 

 

摘要:埃及伊蚊(Aedesaegypti)成年雌虫是一种选择性吸血昆虫,但在羽化后不能立即进食血液。在羽化后的头几天内,发生了一系列分子和生理变化,被称为血液摄食和生殖成熟的容量,这些变化使雌虫为第一个生殖周期做好准备。然而,蚊子血液摄食和生殖成熟的分子基础仍然不清楚。在这里,我们调查了在首次羽化后的前四天,即进食血液之前,成年埃及伊蚊中的分子和生化变化。头部线粒体氧气消耗的功能评估显示,由于随着时间的推移诱导了线粒体生物合成和含量的增加,呼吸能力和与ATP相关的呼吸逐渐增加。这种模式强烈暗示,在头部增强氧化磷酸化是成为吸血习性的必要步骤。多种唾液腺基因、蛋白酶以及与DNA复制和修复、核糖体生物合成和幼虫激素信号传导有关的基因在雌性体内特异性上调,这可能反映了生殖成熟的容量。这对蚊子血液摄食和生殖成熟的分子和生化机制的全面描述揭示了潜在的用于媒介控制的新靶点。

 

结果:我们观察到电子传输系统基因的显著上调。我们还观察到许多参与OXPHOS的其他基因的表达增加,包括线粒体丙酮酸载体1和2、脯氨酸脱氢酶、TCA循环酶,以及电子传输系统的许多成分。重要的是,这些事件导致了线粒体含量、呼吸速率和ATP链接呼吸的显著增加。尽管引发PGC/Tfam表达的机制仍然不清楚,但在雌虫头部启动能量供应的协调计划明显。可以想见,增加的ATP需求与血液摄取和寻找宿主行为在HGC期间同步。上述肌肉差异以及雌虫感觉神经活动(寻找宿主所需)可能是额外能量需求的来源,这可以通过更强大的能量供应过程(OXPHOS)来满足。

 

参考文献:SumbalováZ,KucharskáJ,RausováZ,PalackaP,KovalčíkováE,TakácsováT,MojtoV,NavasP,Lopéz-LluchGandGvozdjákováA(2022),ReducedplateletmitochondrialrespirationandoxidativephosphorylationinpatientswithpostCOVID-19syndromeareregeneratedafterspaehabilitationandtargetedubiquinoltherapy.Front.Mol.Biosci.9:1016352.