长链酰基辅酶A合成酶（ACSLs）构成一个酶家族，通过将游离长链脂肪酸转化为其酰基辅酶A（CoA）形式，在脂质代谢中发挥着重要的作用。作为ACSL家族的一员，ACSL4优先结合其底物花生四烯酸（AA），从而通过结合游离的AA参与含AA磷脂的重塑。之前的研究发现ACSL4促进了缺血诱导的炎症细胞因子的产生。然而，ACSL4是否影响脂多糖（LPS）刺激后小胶质细胞的炎症反应，进而影响帕金森疾病（PD）的进展尚不清楚。2023年2月，青岛大学崔玉课题组在Brain, Behavior, and Immunity（IF 19.227）上发表了题为“ACSL4 Promotes Microglia-Mediated Neuroinflammation by Regulating Lipid Metabolism and VGLL4 expression”的文章。该文结合转录组学、脂质组学、基因手段、免疫生化等实验研究发现LPS诱导后ACSL4的表达增加，敲低ACSL4会减少促炎细胞因子的产生，并结合体内和体外实验表明ACSL4是一种新型调节因子，通过调节退化样家族成员4（VGLL4）表达和脂质代谢来促进小胶质细胞介导的神经炎症。中科新生命参与了该研究中脂质组学检测的相关工作。
研究材料小鼠和细胞
技术路线步骤1：LPS诱导后小胶质细胞中ACSL4的表达增加；步骤2：敲低ACSL4对小胶质细胞介导的炎症的影响；步骤3：转录组学分析：ACSL4通过增加VGLL4的表达调节炎症细胞因子的产生；步骤4：脂质组学分析：敲低ACSL4可改变LPS诱导后细胞的脂质组成；步骤5：体内体外实验：ACSL4敲低降低体外神经元杀伤能力，减轻体内LPS和MPTP诱导的神经炎症。
研究结果1. LPS诱导后小胶质细胞中ACSL4的表达增加为了确定ACSL4是否参与LPS诱导的神经炎症，作者首先检测了LPS诱导2小时后的原代小胶质细胞中ACSL4的表达，结果显示ACSL4 mRNA和蛋白的表达显著增加。此外，ACSL4在正常情况下或LPS诱导后主要定位于细胞质中。这些结果表明，LPS诱导后原代小胶质细胞中ACSL4的表达增加（图1）。
图1 LPS诱导后小胶质细胞中ACSL4的表达增加
图1 LPS诱导后小胶质细胞中ACSL4的表达增加 2. 敲低ACSL4对小胶质细胞介导的炎症的影响为了评估ACSL4对小胶质细胞介导的炎症的影响，作者用靶向ACSL4的特异性siRNA转染BV2细胞(小鼠小胶质细胞)，然后在LPS诱导后检测促炎细胞因子的产生。结果发现沉默ACSL4可降低LPS诱导后BV2小胶质细胞中TNFA、IL-6和IL-1b mRNA水平。表明在LPS诱导下，敲低ACSL4减少了促炎细胞因子的产生（图2）。作者进一步研究了ACSL4促进LPS引发的炎症细胞因子产生的潜在分子机制，分析了由TLR4信号通路激活的关键下游信号分子的水平，包括P65、细胞外调节蛋白激酶（ERK）和c-Jun N-末端激酶（JNK）。发现在ACSL4敲低的细胞中，促炎细胞因子的表达降低可能是NF-κB信号激活降低的结果，而不是由于铁死亡率降低所致（图3）。
图2 敲低ACSL4可减少炎症细胞因子的产生
图2 敲低ACSL4可减少炎症细胞因子的产生
图3 ACSL4通过促进NF-κB信号转导并以一种不依赖于铁死亡的方式增加细胞因子的产生 3. 转录组学分析：ACSL4通过增加VGLL4的表达调节炎症细胞因子的产生与对照组相比，处理组共鉴定出203个基因为差异表达基因（DEGs），其中157个DEGs下调，46个DEGs上调。与促炎细胞因子产生的减少一致，与炎症反应相关的通路活性发生了显著变化，包括NF-kappa B信号通路、类风湿性关节炎、TNF信号通路、病毒蛋白与细胞因子及细胞因子受体的相互作用等通路。此外，ACSL4以非铁死亡依赖性方式调节炎症细胞因子的产生，而脂质代谢相关途径的基因的表达没有明显变化（图4）。作者还发现ACSL4敲低的小胶质细胞中，VGLL4的表达增加。通过系列实验研究证实ACSL4可能通过降低VGLL4的表达来促进炎症因子的产生（图5）。
图4 ACSL4敲低导致许多与炎症反应相关的基因表达发生变化
图5 ACSL4通过调节VGLL4的表达来影响炎症细胞因子的产生
图4 ACSL4敲低导致许多与炎症反应相关的基因表达发生变化图5 ACSL4通过调节VGLL4的表达来影响炎症细胞因子的产生4. 脂质组学分析：敲低ACSL4可改变LPS诱导后细胞的脂质组成先前的研究表明，ACSL4通过调节脂质代谢促进炎症细胞因子的产生。作者评估了敲低ACSL4后是否会改变LPS诱导的脂质代谢。结果发现对照和敲低ACSL4的小胶质细胞中脂质种类发生显著变化，比如与对照组相比，ACSL4敲低后磷脂(PE、PC、PA、PI和PG)、鞘脂(Ger、SM)和脂肪酸(FA)种类水平显著降低。这些结果表明ACSL4可能通过调节BV2小胶质细胞中的脂质组成来调节炎症过程（图6）。
图6 敲低ACSL4可改变LPS诱导后细胞中的脂质组成
图6 敲低ACSL4可改变LPS诱导后细胞中的脂质组成 5. 体内体外实验：ACSL4敲低降低体外神经元杀伤能力，减轻体内LPS和MPTP诱导的神经炎症
由于来自活化小胶质细胞的炎症细胞因子会降低神经元活力，作者研究发现与ACSL4沉默的BV2细胞共培养的神经元比对照组的神经元存活更多，表明体外小胶质细胞中ACSL4敲低降低了神经元的杀伤能力。为了探究ACSL4在体内是否在神经炎症中发挥重要作用，作者首先通过腹腔注射LPS建立动物模型，随后评估炎症反应。结果发现ACSL4 敲低可在体内减轻LPS诱导的神经炎症（图7）。小胶质细胞诱导的神经炎症与帕金森病(PD)的进展有关，作者进一步评估了ACSL4是否影响帕金森病急性l-甲基-4-苯基-l，2，3，6-四氢吡啶（MPTP）小鼠模型中的小胶质细胞反应。发现在MPTP PD模型中，ACSL4的敲低减少了神经炎症，并减轻了酪氨酸羟化酶阳性（Th+）神经元的变性（图8）。
图7 敲低ACSL4可减轻LPS诱导的体内神经炎症
图8 敲低ACSL4可减轻MPTP诱导的体内神经炎症小编小结
总之，文章揭示了ACSL4通过调节VGLL4表达和脂质代谢来促进小胶质细胞介导的神经炎症的新作用。针对ACSL4表达的干预可能是帕金森病或其他涉及神经炎症的神经疾病的潜在治疗方法。
中科优品推荐
【中科新生命】建立了完整的代谢组学服务平台，包括空间代谢组学、非靶向代谢组学、靶向/高通量靶向代谢组学、代谢流，帮助老师从代谢物角度系统地解析数据，挖掘关键生物学信息。目前多款产品持续火热促销中，欢迎感兴趣的老师前来咨询。