Cell Metab | 中科院生物物理研究所李新建研究组揭示ABCG2通过外排衣康酸抑制巨噬细胞抗菌天然免疫

衣康酸是一种具有免疫调节功能的细胞代谢物，目前的研究发现衣康酸主要在炎症激活的巨噬细胞中由位于线粒体的代谢酶IRG1产生。从分子结构来看，衣康酸是一种含有α，β-烯基的不饱和羧酸，具有很强的亲电子活性，能够与蛋白质半胱氨酸残基上巯基发生自发的化学反应，该反应被称为烷基化修饰。TFEB是调控溶酶体生物合成的关键转录因子，在应激状态下（例如病原体入侵），TFEB从胞质转移至细胞核内。在细胞核内TFEB激活参与溶酶体生物合成的基因表达，进而诱导溶酶体的生物合成。此前，李新建团队的研究发现衣康酸通过烷基化修饰激活转录因子TFEB，诱导巨噬细胞溶酶体的生物合成，进而提高机体抵御细菌入侵的天然免疫能力（ Molecular Cell 2022，PMID：35662396）。此外，团队研发了可基因编码的衣康酸探针BioITA （ Nature Communications 2022，PMID: 36333306），实现在亚细胞分辨率实时检测衣康酸的浓度变化。然而，衣康酸在巨噬细胞内的浓度调节机制及其生物学意义尚不清楚。

转运蛋白ABCG2归属于ABC （ATP-binding cassette）转运体大家族，广泛表达于肠、肝、胎盘和血脑屏障等组织器官中，可以主动地把具有不同化学结构的代谢物和小分子药物泵出胞外。基于此特性，目前有众多研究报道ABCG2与肿瘤化疗的耐药相关。

2024年1月4日，中国科学院生物物理研究所李新建研究团队在《Cell Metabolism》杂志上在线发表了题为"ABCG2 is an itaconate exporter that limits antibacterial innate immunity by alleviating TFEB-dependent lysosomal biogenesis"的研究论文。该研究鉴定出ABCG2作为一种衣康酸的膜转运蛋白能够将衣康酸从胞内转运至胞外；在炎症激活的巨噬细胞中，ABCG2抑制衣康酸介导的抗菌天然免疫能力。在该研究中，科研人员构建了靶向膜定位蛋白编码基因的慢病毒gRNA文库，以此前研发的衣康酸探针BioITA作为输出信号，筛选得到ABCG2基因作为炎症巨噬细胞中的衣康酸胞外转运蛋白。随后，通过质谱、流式细胞术、重组脂质体分析确认ABCG2是衣康酸的胞外转运蛋白，且其转运活性依赖于水解ATP。为了进一步探究ABCG2介导的衣康酸胞外转运的生理功能，研究人员构建了伤寒沙门氏菌感染小鼠模型，发现在Irg1表达条件下髓系细胞特异性Abcg2敲除小鼠与对照小鼠（野生型小鼠）相比表现出更好的抗菌天然免疫能力；然而，在Irg1全身性敲除条件下此效应消失，提示ABCG2依赖于其将衣康酸转运至胞外的能力抑制机体的抗菌天然免疫。此外，机制研究表明ABCG2介导的衣康酸胞外转运可下调胞内衣康酸浓度，限制衣康酸介导的TFEB激活，导致溶酶体的生物合成减少，进而抑制巨噬细胞的抗菌天然免疫能力（图1）。综上所述，该研究鉴定出衣康酸的胞外转运蛋白ABCG2，解析了ABCG2通过外排衣康酸抑制巨噬细胞天然免疫能力的分子机制，提示ABCG2是抗菌治疗的新靶点。因此，筛选靶向ABCG2的小分子抑制剂是研发抗菌新药的潜在策略。

图1. ABCG2通过外排衣康酸抑制巨噬细胞抗菌天然免疫能力的分子机制。炎症激活的巨噬细胞中代谢酶IRG1大量生成衣康酸（itaconate），ABCG2介导的衣康酸胞外转运可下调胞内衣康酸浓度，限制衣康酸介导的TFEB激活，导致溶酶体的生物合成减少，进而抑制巨噬细胞的抗菌天然免疫能力。

中国科学院生物物理研究所助理研究员陈超、副研究员张振兴、博士研究生刘彩云为该论文的共同第一作者，李新建研究员为该论文的通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金委、中国科学院和国家重点研发计划的经费支持。

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.cmet.2023.12.015

本期编辑：Double