《Nature Communications》：Phosphoglycerate dehydrogenase-mediated serine reprogramming aggravates macrophage hyperinflammation in murine Pseudomonas aeruginosa pneumonia
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本研究旨在解决铜绿假单胞菌感染导致宿主肺部过度炎症反应与损伤的机制难题。研究人员聚焦于磷酸甘油酸脱氢酶（PHGDH）介导的巨噬细胞代谢重编程主题，发现PHGDH通过促进L-丝氨酸合成和一碳代谢，增强H3K27me3与DUSP4的直接相互作用，从而促进ERK1/2磷酸化，最终放大了巨噬细胞的炎症反应。抑制PHGDH或限制L-丝氨酸摄入均能改善感染小鼠的生存率和肺损伤，揭示了通过代谢干预治疗细菌性肺炎的新策略，意义重大。
当我们因细菌感染而患上肺炎时，身体内的免疫卫士——巨噬细胞会第一时间冲向战场，通过释放炎症因子来清除入侵者。这本是一场保卫战，但有时免疫反应会过度激烈，导致“友军炮火”伤及自身的肺部组织，造成严重的急性肺损伤，甚至危及生命。由铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）引起的肺炎就是这样一个临床难题，这种细菌对抗生素的耐药性强，治疗棘手，而感染后宿主体内失控的炎症风暴往往是导致不良预后的关键。那么，究竟是什么在背后“煽风点火”，加剧了巨噬细胞的这种过度激活状态呢？近年来，科学家们发现免疫细胞的代谢状态与其功能息息相关，代谢重编程（metabolic reprogramming）可能是调控炎症反应的一把关键钥匙。然而，宿主能否利用代谢策略来对抗铜绿假单胞菌的入侵，仍是一个未解之谜。发表在《自然·通讯》（Nature Communications）上的一项研究为我们揭开了谜底：磷酸甘油酸脱氢酶（phosphoglycerate dehydrogenase, PHGDH）介导的丝氨酸合成代谢，竟成了加剧巨噬细胞过度炎症的“助推器”。
为了深入探究这一问题，研究人员综合运用了多种关键技术。他们构建了髓系细胞特异性敲除Phgdh基因的小鼠模型，用于在体研究PHGDH的功能。在细胞水平，他们使用了药理学抑制剂（CBR-5884）和基因敲低（shRNA）技术来抑制巨噬细胞中的PHGDH。为了评估整体代谢干预的效果，他们设计了L-丝氨酸饮食限制的动物实验。研究的主要疾病模型是铜绿假单胞菌诱导的 murine（小鼠）肺炎模型，用以评估生存率、肺组织损伤、细菌负荷和炎症因子水平。在机制探索上，研究人员采用了代谢组学分析丝氨酸和一碳代谢中间产物，通过染色质免疫共沉淀（ChIP）结合测序（ChIP-seq）和染色质免疫共沉淀（ChIP-qPCR）技术分析组蛋白修饰（H3K27me3）与靶基因的结合，并利用免疫共沉淀（Co-IP）和邻近连接实验（PLA）验证了H3K27me3与双特异性磷酸酶4（DUSP4）之间的直接相互作用。此外，蛋白质印迹（Western blot）被用于检测细胞外信号调节激酶1/2（ERK1/2）的磷酸化水平。
PHGDH缺失减轻铜绿假单胞菌肺炎的严重程度
研究人员首先在铜绿假单胞菌肺炎小鼠模型中发现，髓系细胞特异性敲除Phgdh（PhgdhΔMΦ）显著提高了感染小鼠的生存率，减轻了肺组织的病理损伤，并降低了肺内的细菌负荷。这表明巨噬细胞中的PHGDH在加重感染和肺损伤中扮演了有害角色。
PHGDH驱动巨噬细胞产生促炎细胞因子
进一步的细胞实验表明，在铜绿假单胞菌刺激下，巨噬细胞的PHGDH表达上调。无论是使用药物CBR-5884抑制PHGDH活性，还是通过shRNA敲低其表达，都能有效抑制巨噬细胞的过度活化，并减少肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、白细胞介素-6（IL-6）等关键促炎细胞因子的产生。
PHGDH通过L-丝氨酸和一碳代谢加剧炎症
机制上，PHGDH是丝氨酸从头合成途径的关键限速酶。研究发现，PHGDH的活性促进了细胞内L-丝氨酸的合成，进而增强了一碳代谢（one-carbon metabolism）通量。这一代谢重编程过程是巨噬细胞过度炎症所必需的。
一碳代谢通过表观遗传机制调控DUSP4表达
深入探索发现，增强的一碳代谢通过提供甲基供体，加强了组蛋白H3第27位赖氨酸的三甲基化（H3K27me3）这种抑制性组蛋白修饰。ChIP-seq等分析揭示，H3K27me3与双特异性磷酸酶4（dual-specificity phosphatase 4, DUSP4）基因的启动子区域结合增加，抑制了DUSP4的转录表达。重要的是，研究人员通过Co-IP和PLA实验直接证明了H3K27me3修饰与DUSP4蛋白之间存在物理相互作用，这可能是一种非经典的、直接抑制DUSP4功能的方式。
DUSP4缺失导致ERK1/2信号通路持续激活
DUSP4是一种能够使ERK1/2去磷酸化（即失活）的磷酸酶。当DUSP4的表达和功能被抑制后，细胞外信号调节激酶1/2（ERK1/2）的磷酸化水平显著升高，即该信号通路被持续激活。而ERK1/2信号的激活是促进促炎细胞因子产生的关键驱动因素。
饮食限制L-丝氨酸具有治疗潜力
最后，研究将发现延伸至治疗干预。他们发现，通过饮食限制减少感染小鼠的L-丝氨酸摄入，能够模拟PHGDH抑制的效果，显著改善肺炎小鼠的预后，这为临床转化提供了可行的思路。
综上所述，这项研究描绘了一条清晰的“代谢-表观遗传-炎症”信号轴：在铜绿假单胞菌感染下，巨噬细胞中的PHGDH被上调，通过促进L-丝氨酸合成驱动一碳代谢；增强的一碳代谢导致H3K27me3修饰增多，该修饰直接与DUSP4相互作用并抑制其功能；DUSP4的抑制进而导致ERK1/2信号通路持续磷酸化和激活，最终放大了巨噬细胞的炎症反应，加剧了肺组织损伤。这项工作的意义在于，它不仅首次揭示了PHGDH介导的丝氨酸代谢在细菌性肺炎免疫病理中的关键作用，更重要的是阐明了代谢物如何通过影响表观遗传修饰，直接调控关键磷酸酶的功能，从而精密控制炎症信号通路的全新机制。这一发现突破了传统上对代谢重编程仅通过影响能量和生物合成来调控细胞功能的认知，提出了“代谢物-表观遗传阅读器-信号通路”直接互作的新范式。从转化医学角度看，该研究将PHGDH和丝氨酸代谢确定为治疗细菌性肺炎（尤其是由铜绿假单胞菌等耐药菌引起）的潜在新靶点，为开发通过饮食干预或小分子药物调节免疫代谢来对抗过度炎症的治疗策略提供了坚实的理论依据。
