《Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - General Subjects》：The role of ATM in sodium butyrate-mediated inhibition of macrophage polarization
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DNA损伤反应调控巨噬细胞极化与结核分枝杆菌免疫应答：钠丁酸盐通过抑制ATM及DDR相关蛋白（如RAD50、p53、γH2AX等）减少M1炎症标志物（TNF-α、IL-6等），但ATM敲低不降低M1表型，反而影响DNA修复和固有免疫相关基因（Siglec14、Siamf1等）。
郭艳艳|楚晓楠|王佩华|李雅倩|李星
山西大学生物医学科学研究所，中国山西省太原市五城区路92号，邮编030006
摘要
DNA损伤反应（DDR）信号传导不仅维持基因组的完整性，还在激活免疫细胞（包括巨噬细胞）中发挥作用。在受到刺激时，巨噬细胞可以极化为促炎表型M1。在单核细胞THP-1衍生的巨噬细胞模型中，发现丁酸钠能够抑制M1生物标志物TNF-α、IL-6、IL-1β和CXCL10的表达，并下调与DDR相关的蛋白质，如顶体共济失调-毛细血管扩张突变蛋白激酶（ATM）。然而，siRNA介导的ATM敲低并未减少M1生物标志物的表达，但仍下调了RAD50、p53、CHK1、NBS1和γH2AX等DDR相关蛋白质的表达。此外，ATM敲低还调节了在Mycobacterium tuberculosis H37Ra感染下先天免疫调节基因的表达，包括唾液酸结合免疫球蛋白类型凝集素14（Siglec14）、Siglec15、信号淋巴细胞活化分子家族1（Siamf1）和鸟苷酸结合蛋白2。结果表明，ATM可能作为调节因子，将DDR与巨噬细胞的先天免疫反应联系起来，但在丁酸钠介导的某些M1生物标志物抑制中作用有限。
引言
短链脂肪酸（SCFA），尤其是丁酸钠，是肠上皮细胞的主要能量来源，并调节肠上皮隐窝中干细胞的更新[1]。丁酸钠通过抑制组蛋白去乙酰化酶（HDAC）的活性来促进诱导性调节性T细胞（iTreg）的分化[2]。丁酸钠还对外周血单核细胞（包括中性粒细胞、巨噬细胞和树突状细胞）具有抗炎作用[3,4]。
巨噬细胞（MΦ或MP）基本分为两大类：促炎表型（经典激活型1，M1）和抗炎表型（交替激活型2，M2）[5]，这两类代表了功能状态的极端连续体。M1可以在体外通过脂多糖（LPS）和干扰素（IFN）-γ诱导，并分泌促炎细胞因子，如肿瘤坏死因子（TNF）-α和白细胞介素-6（IL-6）[6]。经典M2（M2a）表型可以通过JAK/STAT信号通路等途径由IL-13和IL-4驱动[7]。巨噬细胞还是多种病原体（包括Mycobacterium tuberculosis（Mtb）的主要宿主细胞，Mtb是一种导致全球性威胁生命的结核病（TB）的病原体[8]。Mtb会引发巨噬细胞中多种生物过程的变化。通过产生毒力分泌因子[9]或增强氧化应激[10]，毒力Mtb菌株可导致DNA双链断裂（DSBs）或其他DNA损伤，从而引发宿主基因组的不稳定性。另一方面，Mtb也可以抑制DNA损伤反应（DDR），以促进脂滴的形成（作为营养来源），从而促进Mtb的复制[11]。
ATM（共济失调-毛细血管扩张突变）蛋白属于磷脂酰肌醇-3激酶样丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶（PIKKs）家族，作为细胞损伤传感器，协调细胞周期和DDR以维持基因组完整性[12]。ATM通过MRE11-RAD50-NBS1（MRN）复合体或组蛋白修饰被招募到DSBs处，以促进同源重组修复或非同源末端连接（NHEJ）[13]。ATM通过靶向多种关键蛋白质（如p53）影响细胞周期[14]。
也有争议的证据表明ATM调节巨噬细胞的功能。电离辐射通过激活ATM并诱导干扰素调节因子5（IRF5）的表达，促进巨噬细胞向促炎表型的转化[15]。辐射诱导的基因，包括干扰素反应基因，似乎依赖于DNA损伤诱导的ATM[16]。在鼠巨噬细胞中，DSBs激活的ATM促进炎性小体的激活和IL-1β及IL-18的产生[17]。ATM缺乏会导致先天免疫缺陷，包括炎性小体依赖的抗菌先天免疫功能受损以及细菌感染时IL-1β的产生减少[18]。然而，在其他研究中，Atm(?/?)小鼠的ATM功能障碍反而增强了抗病毒和抗菌反应[19]。此外，ATM在巨噬细胞功能极化中的作用尚不明确。
单核细胞THP-1细胞系被广泛用于巨噬细胞的研究[20]。在体外中，发现丁酸钠可以抑制M1巨噬细胞的极化并下调ATM和DNA修复系统。越来越多的证据表明DNA损伤修复与免疫反应之间存在潜在的功能联系[[21], [22], [23]]。因此，我们进一步利用siRNA介导的ATM敲低和体外Mtb感染模型，探讨了ATM在巨噬细胞极化、DNA修复系统和先天免疫反应中的作用。结果表明，ATM敲低并未下调M1生物标志物的转录本，但抑制了DNA修复系统，并改变了Mtb感染时某些先天免疫调节基因的表达。
实验部分
THP-1细胞培养
人类单核细胞THP-1细胞系[24]在含有10%胎牛血清（FBS）和100 μg/ml青霉素-链霉素的RPMI 1640培养基中培养，培养条件为37°C、95%湿度和5% CO2。悬浮细胞用150 nM的phorbol 12-carnitate 13-acetate（PMA，Sigma-Aldrich）处理24小时，以诱导细胞分化为M0巨噬细胞[25]。M0细胞用不同浓度的丁酸钠（1 mM、0.5 mM和0.1 mM）处理3小时后进行培养
丁酸钠抑制巨噬细胞极化过程中的生物标志物表达
为了确定丁酸钠对巨噬细胞极化的影响，使用人类THP-1细胞衍生的巨噬细胞作为模型。首先用150 nM PMA将THP-1细胞分化为M0巨噬细胞。然后用三种不同浓度的丁酸钠（1 mM、0.5 mM和0.1 mM）处理M0细胞，随后使用IFN-γ（20 ng/mL）和LPS（10 pg/mL）将其极化为M1巨噬细胞。M1细胞通常表达特定的促炎因子CD80、IL-6、HLA-DR、TNF-α和CXCL10
讨论
在本研究中，我们发现丁酸钠不仅能够抑制某些M1巨噬细胞特异性生物标志物的表达，还能在巨噬细胞极化过程中下调ATM的表达。DDR通路中的其他蛋白质，如RAD50、p53、NBS1、γH2AX和CHK1也受到丁酸钠的下调，这表明丁酸钠同时影响巨噬细胞的极化和DDR通路。然而，在巨噬细胞极化过程中ATM的下调并未
结论
本研究表明，丁酸钠可以优先抑制巨噬细胞向促炎类型的极化，并下调ATM的表达。然而，下调的ATM对巨噬细胞极化的贡献有限，但会影响DNA损伤修复系统和对Mtb感染的免疫反应。
研究的局限性
为了确定丁酸钠对巨噬细胞过程的影响，我们测试了从0.1到1 mM的不同浓度。虽然1 mM浓度产生了显著且一致的结果，但这一治疗剂量（mM）远高于生理剂量（μM）。此外，实验使用的是单核细胞THP-1细胞系衍生的巨噬细胞。因此，探索使用其他来源的巨噬细胞（如外周血单核细胞（PBMC）可能会得到不同的结果
CRediT作者贡献声明
郭艳艳：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿撰写，数据可视化，实验设计，数据分析，概念构思。楚晓楠：数据可视化，实验设计，资金获取，数据分析。王佩华：资源提供，实验设计。李雅倩：资源提供，实验设计。李星：撰写 – 审稿与编辑，项目监督，资金获取，概念构思。
资助
本研究得到了山西省地方科技发展指导基金（YDZJSX2024D007）、山西省科技创新四批项目（2023XM015）以及山西省研究生创新研究计划（2025XS194）的支持。
作者声明在研究、作者身份或文章发表方面不存在利益冲突。
