衣康酸（Itaconate, ITA）是具有抗炎活性的天然免疫代谢物。巨噬细胞在被病原体感染和激活后，胞内代谢酶IRG1蛋白迅速被诱导表达，催化顺乌头酸脱羧和生成ITA。胞内积累的ITA能够抑制琥珀酸脱氢酶 (SDH)的活性，使得三羧酸循环中断并积累琥珀酸（Succinate）。此外，因其分子结构上含有α,β不饱和羧酸结构，ITA还能通过迈克尔加成反应修饰蛋白，例如GAPDH[1], ALODA[2], NLRP3[3]，TFEB[4], JAK[5]等，进而影响糖酵解和炎症信号转导等细胞活动过程。2022年3月，叶丹课题组曾报道ITA与α-酮戊二酸（α-KG）结构类似，能够竞争性结合和抑制DNA双加氧酶TET2活性，抑制NF-kB和JAK-STAT1通路中炎症基因表达[6]。许多研究表明，巨噬细胞激活时产生的ITA不仅在胞内积累，也能够被分泌到细胞外。既往研究都关注了ITA在巨噬细胞内部的功能及机制，而对于分泌到细胞外的ITA有何生物学功能，却鲜有报道。

2023年3月15日，复旦大学生物医学研究院 叶丹 课题组在 The Journal of Clinical Investigation 杂志上以长文形式发表了题为 The immunometabolite itaconate stimulates OXGR1 to promote mucociliary clearance during pulmonary innate immune response 的研究论文。该研究通过对G蛋白偶联受体（G protein coupled receptor, GPCR）基因文库的高通量筛选，首次发现了特异性感知胞外ITA的GPCR受体—OXGR1 (Oxoglutarate receptor 1)，并证实了ITA-OXGR1信号轴在呼吸道天然免疫过程中发挥重要作用，以抵御病原体感染。

细胞实验结果表明，在脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）刺激30小时之后，约94%的ITA被分泌到巨噬细胞之外。利用课题组构建的GPCR基因文库的高通量筛选，发现OXGR1是唯一能够被ITA激活的蛋白受体。在OXGR1过表达细胞中，ITA激活OXGR1的半数激活浓度 EC50 约为220μM。ITA刺激通过Gαq蛋白引起细胞钙离子内流和OXGR1受体内吞，并上调ERK（extracellular regulated protein kinases）蛋白的磷酸化水平。

鉴于OXGR1在呼吸道上皮细胞中特异性表达，并且在多种呼吸道感染的小鼠模型和病人样品中均能检测到IRG1表达和ITA积累[7，8]，由此推测ITA-OXGR1信号轴可能在呼吸道天然免疫中发挥调控作用。粘膜纤毛清除（mucociliary clearance, MCC）是呼吸道实现其屏障功能，维护自身稳态的重要天然免疫机制。MCC涵盖了呼吸道上皮细胞分泌粘蛋白，将呼吸道中的病原体或异物包裹，并通过纤毛运动转运排出等环节。体内动物实验结果表明，ITA能够激活OXGR1和促进小鼠呼吸道上皮的纤毛运动和粘蛋白分泌。在铜绿假单胞菌感染模型中，Oxgr1和Irg1基因缺陷小鼠与野生型小鼠相比，均显示出更严重的呼吸道感染。鼻腔吸入外源ITA能降低野生型和Irg1基因缺陷小鼠的肺部感染水平，而对于Oxgr1基因缺陷小鼠则无保护作用。上述遗传学动物模型的实验结果，有力证实了ITA-OXGR1信号轴在呼吸道天然免疫过程中发挥重要作用（图1）。

该工作首次报道了衣康酸具有旁分泌信号分子的新属性，拓展了对该天然免疫代谢物通过激活其特异蛋白受体OXGR1发挥免疫调节功能的科学认知，为代谢物介导不同细胞类型之间信息交流的观点提供了又一实证。

复旦大学生物医学研究院博士研究生曾伊蓉、宋俊滨为本文共同第一作者。叶丹研究员、王璞青年副研究员为共同通讯作者。该工作得到了北卡罗来纳大学熊跃教授、加州大学圣地亚哥分校管坤良教授的支持，还得到了华南农业大学束刚教授提供Oxgr1基因敲除小鼠的支持。

原文连接： https://www.jci.org/articles/view/160463

参考文献：

1. Qin W, Qin K, Zhang Y, Jia W, Chen Y, Cheng B, Peng L, Chen N, Liu Y, Zhou W, Wang YL, Chen X, Wang C. S-glycosylation-based cysteine profiling reveals regulation of glycolysis by itaconate. Nat Chem Biol. 2019 Oct;15(10):983-991.

2. Liao ST, Han C, Xu DQ, Fu XW, Wang JS, Kong LY. 4-Octyl itaconate inhibits aerobic glycolysis by targeting GAPDH to exert anti-inflammatory effects. Nat Commun. 2019 Nov 8;10(1):5091.

3. Hooftman A, et al. The Immunomodulatory Metabolite Itaconate Modifies NLRP3 and Inhibits Inflammasome Activation. Cell Metab. 2020 Sep 1;32(3):468-478.e7.

4. Zhang Z, Chen C, Yang F, Zeng YX, Sun P, Liu P, Li X. Itaconate is a lysosomal inducer that promotes antibacterial innate immunity. Mol Cell. 2022 Aug 4;82(15):2844-2857.e10.

5. Runtsch MC, et al.  Itaconate and itaconate derivatives target JAK1 to suppress alternative activation of macrophages. Cell Metab. 2022 Mar 1;34(3):487-501.e8.

6. Chen LL, et al. Itaconate inhibits TET DNA dioxygenases to dampen inflammatory responses. Nat Cell Biol. 2022 Mar;24(3):353-363.

7. Pseudomonas aeruginosa Utilizes Host-Derived Itaconate to Redirect Its Metabolism to Promote Biofilm Formation.

8. Chua RL, et al. COVID-19 severity correlates with airway epithelium-immune cell interactions identified by single-cell analysis. Nat Biotechnol. 2020 Aug;38(8):970-979.