衣康酸（Itaconate, ITA）是近年來在巨噬細胞中發現的具有顯著抗炎活性的小分子代謝物。在細菌內毒素脂多糖 (LPS) 刺激下，巨噬細胞發生代謝重編程，線粒體代謝酶IRG1蛋白迅速被誘導表達，催化順烏頭酸脫羧和產生毫摩爾級別高濃度的ITA。Irg1基因敲除小鼠的遺傳研究表明，ITA抑製炎症反應基因表達和發揮抗炎作用。之前的研究表明，ITA能抑製琥珀酸脫氫酶(SDH)活性，使得琥珀酸（Succinate）積累和影響三羧酸循環；衣康酸具有一個α,β不飽和羧酸的結構，可通過邁克爾加成反應共價修飾到蛋白質的半胱氨酸殘基上，影響KEAP1蛋白激活和KEAP1-NRF2通路，還影響ALODA和GAPDH等活性和抑製糖酵解。然而，這些研究並未闡明ITA如何實現對眾多炎症基因的轉錄調控。該調控是否與表觀遺傳修飾相關，其功能靶點是什麽？都是亟待探索的科學問題。
2022年3月8日，MK体育平台生物醫學研究院葉丹課題組在《自然—細胞生物學》（Nature Cell Biology）雜誌上以長文形式發表了題為Itaconate Inhibits TET DNA Dioxygenases to Dampen Inflammatory Responses（《衣康酸通過抑製TET雙加氧酶減緩炎症反應》）的研究論文。首次報道ITA是新的調控表觀遺傳的代謝物分子。發現ITA通過與α-酮戊二酸（α-KG）競爭結合的方式，抑製DNA雙加氧酶TET和調控炎症基因表達，並證實TET2是衣康酸抗炎的重要功能靶標。
α-KG被報道與TET2蛋白催化中心H1416、R1896和S1898形成氫鍵和離子鍵，並且通過其C-1羧基和C-2酮基與Fe(II)以雙齒方式結合。與α-KG類似，ITA也是含五個碳原子的二羧酸，盡管擁有C-1位羧基，但其C-2位上的酮基結構被烯烴所替代和無法與Fe(II) 以雙齒方式結合，預示著ITA有可能與α-KG競爭結合TET2蛋白催化中心（圖1）。體外的核磁共振和生化實驗結果證實，ITA與α-KG類似地結合TET2蛋白，其抑製TET2活性IC50為171µM。
圖1. 衣康酸能夠結合TET2蛋白催化中心
在巨噬細胞被LPS激活過程中，Irg1被誘導表達和ITA濃度可高達3-4mM，抑製Tet酶活和RelA-Tet2復合物的DNA去甲基化功能，避免NF-κB和JAK-STATs通路中炎症基因的持續激活。轉錄組分析表明，～72.5％的LPS誘導炎症基因被Irg1/ITA-Tet2軸調控。在內毒素血症的動物模型中，外源ITA能抑製細胞因子風暴、緩解小鼠肝肺損傷和延長生存期，該保護作用僅發生在野生型小鼠，而在攜帶Tet2HXD失活突變體的小鼠中並不存在，有力證明了TET2是衣康酸抗炎的重要功能靶標（圖2）。
圖2. 衣康酸特異性抑製TET雙加氧酶和調控炎症基因表達
在前期研究中，葉丹及團隊發現代謝酶突變導致內源代謝物高水平積累，如2-羥基戊二酸（2-HG）、延胡索酸（Fumarate）、琥珀酸（Succinate）（Genes Dev. 2012; Mol Cell. 2015），三者均能競爭性結合並抑製-KG/Fe(II)依賴型雙加氧酶，包括組蛋白去甲基化酶KDM和DNA去甲基化酶TET等。與上述致癌代謝物在腫瘤細胞中積累不同，衣康酸是巨噬細胞（非腫瘤）中由正常代謝酶催化的產物。衣康酸比已知致癌代謝物對表觀修飾酶TET的抑製性和選擇性都更強，將為TET特異性抑製劑研發和相關基礎研究提供新思路。
MK体育平台生物醫學研究院青年副研究員陳磊蕾博士、博士後Carmen Morcelle（西班牙籍）以及程舟禮，為本文共同第一作者。該工作得到了北卡羅來納大學熊躍教授和加州大學聖地亞哥分校管坤良教授的支持，還有浙江大學沈立教授、上海交通大學段才聞研究員、同濟大學陳嘉瑜副教授、MK体育平台生物醫學研究院藍斐研究員、周玉峰研究員以及錢茂祥研究員的合作支持。MK体育平台生物醫學研究院葉丹研究員為通訊作者。
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https://doi.org/10.1038/s41556-022-00853-8
