热点解析：Nature 带你了解胞葬作用与糖尿病

胞葬作用（Efferocytosis）是指吞噬细胞将程序性死亡的凋亡细胞移除这一细胞生物学现象。在这一过程中，机体内的吞噬细胞可对凋亡细胞进行识别后及时清除，而后对凋亡细胞进行降解。胞葬过程不仅可以维持体内的稳态环境，还可分泌一些有益的生物因子，一旦胞葬作用减弱，就会引起慢性炎症的发生，同时诱发一些疾病例如红斑性狼疮和动脉粥样硬化等。近年对于胞葬作用的研究热度呈逐年上升的趋势，今年就有三十多个国自然中标项目。

2022 年 5 月 25 日，来自比利时根特大学的 Sophia Maschalidi 研究团队在Nature上发表了题为 Targeting SLC7A11 improves efferocytosis by dendritic cells and wound healing in diabetes 的文章，该文章揭示了膜转运蛋白 SLC7A11 在胞葬作用中的分子制动作用，并可将这一机制应用于促进糖尿病伤口愈合。

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41586-022-04754-6

研究背景

慢性难愈合伤口是糖尿病的主要并发症，影响了全世界十分之一的人口。伤口中的死亡细胞会持续引发炎症，并导致组织修复的失调。作者揭示了膜转运蛋白 SLC7A11 在胞葬作用中起到分子制动的作用，抑制 SLC7A11 的功能可以促进伤口愈合。转录组分析证实了吞噬细胞在这一过程中几个 SLC7 基因家族成员的上调。进一步分析表明，药物抑制 SLC7a11 或使用小干扰 RNA 缺失或敲除 SLC7a11，可增强树突状细胞的吞噬作用。

SLc7a11 在皮肤树突状细胞中高表达，炎症皮肤的单细胞 RNA 测序显示 SLc7a11 在天然免疫细胞中表达上调。在切除皮肤损伤的小鼠模型中，SLC7A11 表达的抑制加速了伤口的愈合，并减少伤口中的凋亡细胞负荷。机制研究揭示了 SLC7A11、葡萄糖稳态和糖尿病之间的联系。

SLC7A11 缺陷的树突状细胞依赖于有氧糖酵解，利用来自糖原储存的葡萄糖来增加吞噬作用；此外，SLC7A11 缺陷的树突状细胞的转录组分析发现与糖异生和糖尿病相关的基因表达增加。SLC7a11 在糖尿病易感 db/db 小鼠的伤口中表达更高，靶向 SLC7a11 促进了它们的伤口愈合。更快的愈合也与转化生长因子 β 家族成员 GDF15 从吞噬树突状细胞中释放有关。

研究过程与结果

1. 吞噬细胞的转录谱变化

作者将原代小鼠骨髓树突状细胞（BMDCs）作为吞噬细胞和标记的人 Jurkat 细胞共孵育，而后纯化出吞噬的 DC 并进行 RNA 测序和分析。结果表明，编码不同功能（离子、脂类和氨基酸的转运）的膜转运蛋白基因发生了显著变化，其中溶质载体 (SLC) 家族基因代占差异表达转运蛋白的 29%。在 SLC 家族中，由于氨基酸、碳水化合物代谢有关的基因上调，而与氧化磷酸化和脂肪酸转运相关的基因下调。其中，Slc7a5 和 Slc7a11 基因在吞噬 DC 中表达增加最显著。

图 1 树突状细胞在吞噬过程中的基因表达变化

2. SLC7A11 抑制胞葬作用及其机制

根据上一部分的研究结果，作者用 siRNA 介导进行基因敲除发现，干扰 Slc7a11 的表达可显著增强胞葬作用，而干扰 Slc7a5 的表达产生的增强作用无显著性差异。

接下来作者用药理学和遗传学方法对 SLC7A11 的机制进行研究。当用一种铁死亡诱导剂 erastin 抑制 SLC7A11 后会引起胞葬作用的增加，而其他的铁死亡诱导剂没有这种作用，说明胞葬作用的增加与铁死亡无关。介于 erastin 可以降低 GSH 水平和提高 ROS 水平，作者又对这两种因素进行研究，表明胞葬与 GSH 也无关系，ROS 可以部分逆转抑制 SLC7A11 后的胞葬作用增加但无统计学意义。

最终，作者发现半胱氨酸合成前体 NAC 的加入可逆转这种现象，说明 SLC7A11 的半胱氨酸转运功能对胞葬作用的增加有重大意义。用遗传学方法构建 SLC7A11 缺陷（SLC7A11-KO）小鼠的 DC 进行实验，发现Ⅰ型常规 DC(cDC1) 的摄取增强，但 cDC2 没有，缺乏 SLC7A11 的 BMDCs 在体外显示出更强的胞葬作用。

图 2 SLC7A11 在 DC 的胞葬作用中起着制动作用

3. SLC7A11 与伤口愈合的关系

作者首先评估了脾、肺或皮肤中 SLC 的基因表达谱，发现 Slc7a11 在皮肤中表达最高，因此将其与皮肤伤口愈合相联系。向伤口中单独施用 INK（一种水溶性 erastin）发现不会促进伤口愈合，但与早期凋亡细胞共同施用发现可显著加速伤口愈合，伤口愈合 50% 的速度比对照组提前了 2 天。同时向 SLC7A11 基因敲除小鼠的创伤中施加凋亡细胞后，也表现出加速伤口愈合的现象，伤口闭合 50% 的时间也比对照组提前了近 2 天。因此，在存在凋亡细胞的情况下，干扰 SLC7A11 的功能可以加速皮肤伤口的愈合。

图 3 干扰 SLC7A11 的功能促进速皮肤伤口愈合

4. 糖原储备、糖酵解与胞葬作用的联系

由于发生胞葬作用的 SLC7A11-KO 树突状细胞中产生了 191 个差异表达基因，而这些基因与新陈代谢的生物过程有关，因此作者推测，SLC7A11 缺陷可能使细胞有更强的糖原转化能力，产生更多葡萄糖为糖酵解提供燃料从而促进胞葬。为了验证这一猜想，作者比较了对照组、SLC7A11-KO 树突状细胞组和野生型树突状细胞在 erastin 治疗前后的糖原储备, 结果显示，SLC7A11-KO 组和经 erastin 处理组都显示细胞内糖原减少，添加糖原磷酸化酶抑制剂可逆转 erastin 的作用。因此，研究结果认为糖原分解确实有助于提高胞葬作用。糖酵解应激测试表明，SLC7A11-KO 组和经 erastin 处理组可以提高糖酵解率以满足胞葬作用的能量需求。

图 4 糖原分解和糖酵解的提高为胞葬提供「燃料」

5. 抑制 SLC7A11 可糖尿病小鼠的创面愈合

糖尿病伤口是糖尿病患者晚期最严重的慢性并发症之一，主要是由于糖尿病患者血管病变、神经病变以及感染等因素，导致创面经久不愈，严重者可导致骨髓炎、骨质破坏，具有较高的截肢率，显著影响着糖尿病患者的生活质量。作者用瘦素受体缺陷的 db/db 小鼠构建Ⅱ型糖尿病模型，由于伤口中含有未清除的凋亡细胞，单独施用 erastin 即可减少凋亡细胞并促进创面的愈合。对转录组进行分析发现，与正常小鼠相比，db/db 小鼠的 GDF15 水平很低，胞葬作用的减少和 GDF15 水平的降低都与 ab/ab 小鼠的 SLC7A11 高表达有关，这会导致伤口延迟愈合。

综上，在伤口部位抑制 SLC7A11 可通过两种方式来促愈，一是促进凋亡细胞的清除，二是促进 GDF15 表达的上调。

图 5 抑制 SLC7A11 可促进细胞清除和上调 GDF15 表达

总之，这项研究揭示了 SLC7A11 对胞葬作用的负调节作用，消除这种抑制可显著加速伤口的愈合，为糖尿病伤口的治疗提供了新的思路和方法。

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