炎癥性腸?。↖BD）是一種慢性、復(fù)發(fā)性的胃腸道炎癥疾病，其確切原因尚不清楚，但不當(dāng)?shù)拿庖叻磻?yīng)被認(rèn)為在其發(fā)展中起關(guān)鍵作用。

2024年12月，四川大學(xué)羅有福、楊濤團(tuán)隊(duì)在Cell Report Medicine（IF=11.7）上發(fā)表了題為“Chemical activation of mitochondrial ClpP to modulate energy metabolism of CD4+ T cell for in?ammatory bowel diseases treatment”的研究性論文。論文研究了ATP依賴性線粒體酪蛋白溶解蛋白酶P（ClpP）在IBD中的作用，發(fā)現(xiàn)ClpP在IBD患者和結(jié)腸炎小鼠模型的結(jié)腸組織中顯著上調(diào)，尤其是在CD4+T細(xì)胞中。通過(guò)在小鼠模型中過(guò)表達(dá)或敲低ClpP，研究揭示了其在IBD發(fā)病機(jī)制中的重要作用。此外，研究還發(fā)現(xiàn)ClpP激動(dòng)劑NCA029能選擇性結(jié)合ClpP并激活其功能，顯著緩解DSS誘導(dǎo)的急性結(jié)腸炎和白細(xì)胞介素IL-10缺失的慢性結(jié)腸炎癥狀。從機(jī)制的角度來(lái)說(shuō)，NCA029通過(guò)抑制線粒體氧化磷酸化（OXPHOS）和調(diào)節(jié)Th17/Treg細(xì)胞間的平衡，改善腸道屏障功能，為IBD治療提供了新的潛在策略。拜譜生物為該研究成果提供了蛋白質(zhì)組學(xué)檢測(cè)服務(wù)。

中文標(biāo)題：線粒體ClpP的化學(xué)激活調(diào)節(jié)CD4+T細(xì)胞能量代謝治療炎癥性腸病

期刊：Cell Report Medicine

影響因子：IF=11.7 2024

客戶單位：四川大學(xué)華西醫(yī)院

研究材料：小鼠脾臟&CD4+T細(xì)胞

拜譜提供技術(shù)：蛋白質(zhì)組學(xué)

圖形摘要：

(圖源：Zhang J., et al., CRM., 2024)

一、研究結(jié)果

1、異常的CIpP上調(diào)將小鼠和人類的IBD聯(lián)系起來(lái)

為了評(píng)估ClpP和IBD之間的相關(guān)性，作者檢測(cè)了IBD個(gè)體結(jié)腸中和小鼠模型中ClpP的表達(dá)水平。發(fā)現(xiàn)炎癥導(dǎo)致結(jié)腸組織中和DSS誘導(dǎo)的結(jié)腸炎小鼠模型中，ClpP的表達(dá)水平顯著增加，并且在單抗治療后，ClpP水平和緩解結(jié)果相關(guān)，這些發(fā)現(xiàn)表明ClpP可能在IBD的發(fā)展和緩解中起重要作用。此外，ClpP表達(dá)降低加劇了結(jié)腸炎癥狀，相反，ClpP表達(dá)增加的小鼠對(duì)DSS刺激的耐受性增強(qiáng)，結(jié)腸縮短和體重減輕有所改善（圖1D-1F）。組織病理學(xué)結(jié)果表明，ClpP表達(dá)降低加劇了DSS誘導(dǎo)的結(jié)腸損傷，而ClpP表達(dá)增加改善了組織病理學(xué)損傷（圖1G）。值得注意的是，在炎癥條件下，ClpP在CD4+T細(xì)胞中高度表達(dá)；因此，作者分析了ClpP表達(dá)對(duì)CD4+T細(xì)胞分化的影響，重點(diǎn)是Th17/Treg平衡。如圖圖1H和圖1I所示，ClpP表達(dá)的增加對(duì)Th17和Treg細(xì)胞的數(shù)量沒(méi)有影響。相反，ClpP表達(dá)的降低導(dǎo)致Th17細(xì)胞數(shù)量增加和Treg細(xì)胞數(shù)量減少。這表明IBD中ClpP表達(dá)的增加可能是細(xì)胞應(yīng)激反應(yīng)，補(bǔ)充ClpP可以作為IBD的治療策略。

圖1| ClpP表達(dá)與小鼠對(duì)DSS的易感性相關(guān)

(圖源：Zhang J., et al., CRM., 2024)

2、NCA029減少炎癥反應(yīng)和修復(fù)腸道屏障，同時(shí)調(diào)節(jié)IBD小鼠的CD4+T細(xì)胞

作者之前的工作確定了化合物NCA029，對(duì)HsClpP具有高激動(dòng)活性。接下來(lái)，作者使用DSS模擬應(yīng)激條件并評(píng)估NCA029對(duì)CD4+T細(xì)胞的影響，發(fā)現(xiàn)NCA029影響CD4+T細(xì)胞凋亡和分化。通過(guò)給小鼠口服NCA029發(fā)現(xiàn)顯著提高了結(jié)腸炎小鼠的存活率。組織學(xué)分析顯示，NCA029治療減少了DSS誘導(dǎo)的結(jié)腸損傷，同時(shí)保持了結(jié)腸完整性。通過(guò)16S rRNA測(cè)序以及研究了NCA029對(duì)炎癥因子釋放的影響，結(jié)果表明NCA029減少炎癥反應(yīng)和修復(fù)腸道屏障，同時(shí)調(diào)節(jié)IBD小鼠的CD4+T細(xì)胞。

此后，在體內(nèi)評(píng)估NCA029對(duì)CD4+T細(xì)胞的直接影響。單克隆抗體治療增加了結(jié)腸長(zhǎng)度，但CD4+T細(xì)胞的重新引入阻礙了這種作用，證實(shí)了這些細(xì)胞在IBD中的作用惡化。NCA029減輕了結(jié)腸縮短，NCA029和單克隆抗體的組合被證明比單獨(dú)使用抗體更有效（圖2B）。在研究期間，監(jiān)測(cè)小鼠體重和DAI評(píng)分。與單克隆抗體處理的小鼠相比，NCA029處理的小鼠表現(xiàn)出較少的體重減輕和較低的DAI評(píng)分。然而，兩種治療聯(lián)合并未顯著提高療效。CD4+T細(xì)胞重新引入抑制了單克隆抗體的治療效果，但補(bǔ)充NCA029減輕了體重減輕并增加了DAI評(píng)分（圖2C和2D）。組織學(xué)分析顯示DSS誘導(dǎo)的腸道損傷，單克隆抗體改善，但CD4+T細(xì)胞惡化（圖2E）。NCA029不僅改善了DSS誘導(dǎo)的變化，還逆轉(zhuǎn)了因CD4+T細(xì)胞重新引入而加劇的炎癥（圖2F），表明其通過(guò)在體內(nèi)靶向CD4+T細(xì)胞具有抗結(jié)腸炎作用。接下來(lái)，為了確定NCA029是否通過(guò)靶向ClpP調(diào)節(jié)CD4+T細(xì)胞來(lái)影響結(jié)腸炎，用2.5% DSS處理小鼠以誘導(dǎo)急性結(jié)腸炎，然后以ClpP敲低重新注射CD4+T細(xì)胞（圖2G）。與正常CD4+T細(xì)胞類似，ClpP缺陷型CD4+T細(xì)胞減輕了單克隆抗體對(duì)IBD的緩解，導(dǎo)致結(jié)腸縮短、體重減輕和DAI評(píng)分升高，表明ClpP敲低沒(méi)有顯著影響CD4+T細(xì)胞的生理功能。相比之下，NCA029殺死了注射的CD4+T細(xì)胞，從而緩解了炎癥。盡管如此，它并沒(méi)有緩解注射ClpP缺陷型CD4+T細(xì)胞加劇的炎癥，導(dǎo)致結(jié)腸長(zhǎng)度、體重變化和DAI評(píng)分與接受DSS治療的小鼠相似（圖2H-2J），進(jìn)一步證實(shí)NCA029通過(guò)靶向CD4+T細(xì)胞中的ClpP來(lái)緩解炎癥。

圖2| NCA029作用于CD4+T細(xì)胞以緩解IBD癥狀

(圖源：Zhang J., et al., CRM., 2024)

3、NCA029誘導(dǎo)CD4+T細(xì)胞代謝改變

為了研究CA029如何調(diào)節(jié)CD4+T細(xì)胞，作者進(jìn)行了涉及DSS處理后補(bǔ)充NCA029的蛋白質(zhì)組學(xué)分析，重點(diǎn)是線粒體蛋白。共鑒定出大約1400種線粒體蛋白，其中1174種蛋白在所有組中表達(dá)（圖3A）。與對(duì)照組相比，DSS治療誘導(dǎo)了87種差異表達(dá)蛋白，而與單獨(dú)DSS相比，NCA029補(bǔ)充劑誘導(dǎo)了55種差異表達(dá)蛋白。值得注意的是，NCA029處理組和對(duì)照組之間有120種蛋白質(zhì)存在差異，與體內(nèi)治療結(jié)果一致。所有組中91種蛋白的共同差異表達(dá)表明它們參與了NCA029對(duì)抗IBD的機(jī)制。K-means聚類將這些蛋白質(zhì)分為6個(gè)簇，選擇簇1、4和5進(jìn)行進(jìn)一步分。KEGG分析揭示了碳代謝、OXPHOS和TCA循環(huán)等代謝途徑的富集（圖3B）。GO分析表明NCA029對(duì)代謝途徑的影響，包括氨基酸代謝、脂肪酸氧化、OXPHOS和糖原代謝，線粒體呼吸鏈顯示出顯著差異（圖3C）。

眾所周知，ClpP是一種位于線粒體基質(zhì)中的蛋白酶，其底物廣泛分布在線粒體中，包括線粒體電子傳遞鏈（ETC）中復(fù)合物的亞基。分析三組ETC亞基蛋白的變化。ETC由五個(gè)多亞基蛋白質(zhì)復(fù)合物組成，稱為復(fù)合物I-V，在OXPHOS中起關(guān)鍵作用（圖3D）。檢測(cè)到的ETC亞基蛋白，整合在復(fù)合物I、II、III、IV和V中被富集。DSS上調(diào)了ETC復(fù)合物的許多亞基，而與NCA029的共處理降低了它們的表達(dá)（圖3E）。DSS處理增加了ETC復(fù)合物的合成以滿足CD4+T細(xì)胞的高能量需求，而NCA029通過(guò)調(diào)節(jié)ETC亞基蛋白表達(dá)來(lái)抑制能量供應(yīng)。DSS處理的CD4+T細(xì)胞表現(xiàn)出更高的ATP需求，線粒體ETC和OXPHOS活性增強(qiáng)證明了這一點(diǎn)。相比之下，與NCA029和DSS的共同處理下調(diào)了ETC復(fù)合物蛋白表達(dá)，抑制OXPHOS并導(dǎo)致CD4+T細(xì)胞死亡。

此外，PPI網(wǎng)絡(luò)分析驗(yàn)證了NCA029在調(diào)節(jié)線粒體ETC亞基中的作用，突出了它在調(diào)節(jié)CD4+T細(xì)胞中的關(guān)鍵參與（圖3F）。在CD4+T細(xì)胞中，NCA029顯著降低復(fù)合物I（NDUFB8）、II（SDHB）、III（UQCRC2）、IV（MTCO1）和V（ATP5A）的蛋白水平（圖3G）。同樣，NCA029劑量依賴性地抑制復(fù)合物I、II和IV的活性，它們是ETC的主要質(zhì)子泵（圖3H-J）。最后，NCA029破壞了CD4+T細(xì)胞中的OXPHOS，從而限制了ATP的產(chǎn)生（圖3K）。這表明NCA029主要通過(guò)影響OXPHOS來(lái)調(diào)節(jié)CD4+T細(xì)胞死亡。

圖3| CD4+T細(xì)胞中ClpP激活后的代謝改變

(圖源：Zhang J., et al., CRM., 2024)

二、文章小結(jié)

在這項(xiàng)研究中，作者在小鼠和人IBD中觀察到ClpP的異常上調(diào)，揭示了它與CD4+T細(xì)胞的關(guān)聯(lián)。同時(shí)，引入了一種ClpP激動(dòng)劑NCA029，其顯著緩解了與DSS誘導(dǎo)和IL-10敲除結(jié)腸炎模型相關(guān)的癥狀。NCA029的治療潛力主要體現(xiàn)在它通過(guò)抑制OXPHOS來(lái)調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)的能力，從而減輕炎癥并維持腸道屏障完整性。該數(shù)據(jù)表明，激活ClpP可能是干預(yù)IBD的有效方法。

三、拜譜小結(jié)

該研究進(jìn)一步探討了ClpP激活劑的具體作用機(jī)制，發(fā)現(xiàn)其通過(guò)調(diào)節(jié)CD4+T細(xì)胞的能量代謝來(lái)發(fā)揮治療作用。并通過(guò)體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)及基因敲除實(shí)驗(yàn)等進(jìn)行了驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明ClpP激活劑能夠顯著抑制IBD相關(guān)炎癥因子的產(chǎn)生，并改善腸道病理狀況。為IBD的治療提供了新的思路和方法。其中拜譜生物提供了蛋白質(zhì)組學(xué)檢測(cè)分析。拜譜作為國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的多組學(xué)服務(wù)公司，可提供蛋白組、修飾組、代謝組、轉(zhuǎn)錄組等多組學(xué)技術(shù)服務(wù)助力發(fā)表高分文獻(xiàn)，歡迎致電咨詢！

參考文獻(xiàn)：

Zhang J, Jiang Y, Fan D, Qiu Z, He X, Liu S, Li L, Dai Z, Zhang L, Shu Z, Li L, Zhang H, Yang T, Luo Y. Chemical activation of mitochondrial ClpP to modulate energy metabolism of CD4+Tcell for inflammatory bowel diseases treatment. Cell Rep Med. 2024 Dec 17;5(12):101840. doi: 10.1016/j.xcrm.2024.101840B1