《Frontiers in Immunology》：Macrophage TRIM21 lactylation exacerbates infection-induced orchitis through enhancing STAT1-mediated CXCL9 and CXCL10 production
编辑推荐：
本文揭示了感染性睾丸炎中一种新的分子调控机制：巨噬细胞中E3泛素连接酶TRIM21在K345位点的乳酸化修饰，通过阻碍其与转录因子STAT1的结合，抑制泛素-蛋白酶体途径对STAT1的降解，从而增强STAT1介导的CXCL9和CXCL10表达，最终招募炎症细胞浸润睾丸并破坏精子发生。这一发现为理解睾丸免疫病理提供了新视角，并提示靶向TRIM21乳酸化或CXCL9/10可能是治疗感染相关男性不育的潜在策略。
引言
感染性睾丸炎是获得性男性不育的主要原因之一，全球影响约8%–12%的育龄夫妇。尽管抗生素是临床主要治疗手段，但无法逆转炎症对睾丸功能的损伤，而广谱抗炎药又可能损害精子质量和睾酮生成。因此，阐明睾丸炎症的免疫病理机制对于开发新疗法至关重要。本研究旨在探讨巨噬细胞在感染性睾丸炎中的作用及其分子机制。
结果
CXCL9和CXCL10导致感染性睾丸炎中的炎症细胞浸润和精子发生受损
研究采用尿路致病性大肠杆菌（UPEC）和脂多糖（LPS）诱导的小鼠睾丸炎模型。结果显示，UPEC或LPS处理导致睾丸萎缩、重量减轻、生精小管萎缩、生精上皮损伤、血睾屏障破坏以及精子发生受损，表现为脱落生精细胞增加、精子畸形和活力下降。这些病理变化伴随免疫细胞（巨噬细胞、淋巴细胞、中性粒细胞）浸润增加和促炎细胞因子（如Il-1β和Tnf-α）mRNA表达上调。流式细胞术分析表明，在LPS诱导的睾丸炎中，巨噬细胞是浸润免疫细胞的主要组成部分。进一步机制探索发现，趋化因子Cxcl9和Cxcl10的mRNA表达在感染后显著升高，而中和CXCL9和CXcl10能有效减轻睾丸萎缩、生精小管损伤和免疫细胞浸润，并改善精子发生。这些结果证实CXCL9和CXCL10在感染性睾丸炎中驱动炎症细胞浸润并损害精子发生。
巨噬细胞是感染性睾丸炎中睾丸内CXCL9和CXCL10的主要细胞来源
流式细胞术分析显示，在LPS诱导的睾丸炎中，约50%的CXCL9+和CXCL10+细胞为巨噬细胞。通过原位注射氯膦酸盐脂质体清除睾丸巨噬细胞后，CXCL9和CXCL10的产生被显著抑制，同时精子发生得到改善。这表明巨噬细胞是感染性睾丸炎中CXCL9和CXCL10的主要细胞来源。
乳酸化在转录水平促进巨噬细胞中Cxcl9和Cxcl10的表达
在LPS诱导的睾丸炎中，睾丸内乳酸水平显著升高。免疫荧光显示，全局性赖氨酸乳酸化（pan-Kla）在睾丸间质组织中增加，并与巨噬细胞共定位。在体外，用LPS和干扰素-γ（IFN-γ）刺激巨噬细胞可时间依赖性地增加乳酸产生和乳酸化水平，同时上调Cxcl9和Cxcl10的mRNA表达。使用乳酸脱氢酶抑制剂草酸钠（Oxa）抑制乳酸化后，细胞内乳酸和乳酸化水平降低，Cxcl9和Cxcl10的转录上调也被取消。而乳酸处理则增强这些效应。这表明乳酸化在转录水平正调控巨噬细胞中Cxcl9和Cxcl10的表达。
乳酸化通过抑制泛素-蛋白酶体途径介导的STAT1降解来促进巨噬细胞中CXCL9和CXCL10的转录
信号转导和转录激活因子1（STAT1）是Cxcl9和Cxcl10的关键转录因子。在感染性睾丸炎中，睾丸内巨噬细胞的STAT1蛋白水平增加。有趣的是，抑制乳酸化（用Oxa）能显著降低LPS+IFN-γ刺激的巨噬细胞中STAT1和磷酸化STAT1（p-STAT1）的蛋白水平，但不影响Stat1的mRNA水平。进一步机制研究表明，抑制泛素-蛋白酶体途径（用MG-132）可逆转乳酸化抑制导致的STAT1蛋白减少，而抑制自噬-溶酶体途径（用氯喹CQ）则无此效果。这证明乳酸化通过抑制泛素-蛋白酶体途径介导的STAT1降解来上调STAT1蛋白水平，进而促进Cxcl9和Cxcl10的转录。
TRIM21乳酸化通过制约TRIM21与STAT1的结合来抑制STAT1降解
三联基序蛋白21（TRIM21）是一种E3泛素连接酶。数据库分析和实验证实TRIM21与STAT1存在相互作用。在巨噬细胞中，LPS+IFN-γ刺激显著增加TRIM21的乳酸化，而未检测到STAT1乳酸化。抑制乳酸化（Oxa）降低了TRIM21乳酸化，并在存在MG-132（防止STAT1降解）的情况下，增强了TRIM21与STAT1的结合；在无MG-132时则导致STAT1蛋白水平降低。这表明TRIM21乳酸化通过制约其与STAT1的结合，抑制了STAT1的泛素化降解。
TRIM21 K345乳酸化损害TRIM21与STAT1的结合
通过分子对接预测了TRIM21与STAT1的相互作用模型，发现TRIM21上的K345位点位于具有蛋白结合活性的SPRY结构域，是关键的相互作用位点。三维结构模拟显示，TRIM21 K345乳酸化修饰会改变其构象，破坏其与STAT1 D42之间形成的盐桥。细胞实验证实，在乳酸存在下，TRIM21 K345位点突变（K345R）能恢复TRIM21与STAT1的结合，并促进STAT1的降解。这确定了TRIM21 K345是关键的乳酸化位点，其修饰通过空间位阻效应削弱了TRIM21与STAT1的相互作用。
讨论
本研究首次揭示了非组蛋白乳酸化（TRIM21 K345）在感染性睾丸炎中的关键作用。机制上，巨噬细胞中TRIM21 K345乳酸化修饰阻碍了其作为E3泛素连接酶对STAT1的识别和结合，从而抑制了泛素-蛋白酶体途径对STAT1的降解，稳定了STAT1蛋白水平，进而增强STAT1介导的CXCL9和CXCL10转录表达。高水平的CXCL9和CXCL10招募大量炎症细胞（包括巨噬细胞、T细胞、树突状细胞）浸润睾丸，破坏生精微环境，最终导致精子发生障碍。本研究不仅阐明了乳酸代谢物通过新型翻译后修饰调控睾丸炎症的精细机制，也为开发针对TRIM21乳酸化或CXCL9/CXCL10轴的治疗策略，以减轻感染性睾丸炎相关的睾丸损伤和男性不育，提供了新的理论依据和潜在靶点。
