Chestnut Studying
摘要
Efferocytosis and metabolic reprogramming of macrophages play crucial roles in myocardial infarction (MI) repair. TREM2 has been proven to participate in phagocytosis and metabolism, but how it modulates myocardial infarction remains unclear. In this study, we showed that macrophage-specific TREM2 deficiency worsened cardiac function and impaired post-MI repair. Using RNA-seq, protein and molecular docking, and Targeted Metabolomics (LC–MS), our data demonstrated that macrophages expressing TREM2 exhibited decreased SLC25A53 transcription through the SYK-SMAD4 signaling pathway after efferocytosis, which impaired NAD+ transport into mitochondria, downregulated SLC25A53 thereby causing the breakpoint in the TCA cycle and subsequently increased itaconate production. In vitro experiments confirmed that itaconate secreted by TREM2+macrophages inhibited cardiomyocyte apoptosis and promoted fibroblast proliferation. Conversely, overexpression of TREM2 in macrophages could improve cardiac function. In summary, our study reveals a novel role for macrophage-specific TREM2 in MI, connecting efferocytosis to immune metabolism during cardiac repair.
巨噬细胞的胞葬和代谢重编程在心肌梗塞（MI）修复中发挥着至关重要的作用。TREM2 已被证实参与胞葬和新陈代谢，但它如何调节心肌梗塞仍不清楚。在这项研究中，我们发现巨噬细胞特异性 TREM2 缺陷会恶化心脏功能并损害心肌梗死后的修复。通过RNA-seq、蛋白质和分子对接以及靶向代谢组学（LC-MS），我们的数据表明，表达TREM2的巨噬细胞在流出细胞后通过SYK-SMAD4信号通路表现出SLC25A53转录减少，从而阻碍了NAD+向线粒体的转运，下调了SLC25A53，导致TCA循环断点并随后增加伊塔康酸的产生。体外实验确认，TREM2+巨噬细胞分泌的伊他康酸可抑制心肌细胞凋亡，促进成纤维细胞增殖。相反，巨噬细胞中过表达 TREM2 可改善心脏功能。总之，我们的研究揭示了巨噬细胞特异性 TREM2 在心肌梗死中的新作用，将心脏修复过程中的排泄与免疫代谢联系起来。
实验结果1
巨噬细胞是主要的 TREM2 表达细胞
通过筛选不同的组织，作者发现 TREM2 在脾脏和骨髓中高表达，这与其他报道一致。相比之下，正常心脏组织的 TREM2 表达水平相对较低。通过使用不同的细胞系，作者发现与心肌细胞、成纤维细胞和内皮细胞相比，BMDMs 的 TREM2 表达量最高。针对免疫细胞的进一步实验表明，与其他免疫细胞相比，BMDMs 的 TREM2 表达水平明显更高。外周白细胞的 RNA 序列分析表明，除了巨噬细胞，树突状细胞和单核细胞也表达 TREM2。因此，作者确认巨噬细胞是表达 TREM2 的主要细胞。
实验结果2
TREM2+巨噬细胞参与了心肌梗死急性期的治疗
为了阐明TREM2在心肌梗死损伤中的参与，作者首先检测了TREM2在心肌梗死后心脏中的表达。MI心脏中TREM2的表达水平明显高于假性心脏，这表明TREM2的表达是对缺血挑战的诱导。值得注意的是，TREM2的表达在心肌梗死后呈现出一种时间模式。表达水平在心肌梗死后第 1 天开始增加，第 3 天显著升高，第 7 天达到峰值，随后最终恢复到基线水平。心肌梗死后，TREM2+巨噬细胞的数量也有所增加。进一步研究发现，TREM2主要在梗死区和边缘区表达，而不是在与梗死区或假心肌不同的区域表达。此外，大多数 TREM2+ 细胞是 CD68+ 巨噬细胞，而不是 Ly6G+ 中性粒细胞或 CD11C+ 树突状细胞。考虑到浸润缺血心脏组织的 TREM2+中性粒细胞的中转募集，而 TREM2+巨噬细胞在心肌梗死后修复过程中存在的时间相对较长，作者决定将研究重点放在心肌梗死中的 TREM2+巨噬细胞上。
实验结果3
巨噬细胞特异性 TREM2 缺陷加重了心肌梗死损伤
为了研究TREM2+巨噬细胞对心肌缺血的具体影响，作者通过LysMCre小鼠与TREM2flox/flox小鼠（LysMCreTREM2flox/flox [Mac-TREM2KO]）杂交，产生了巨噬细胞中TREM2的条件性基因敲除，并将其对心肌缺血的反应与对照小鼠（TREM2flox/flox）进行了比较。结果显示，巨噬细胞中 TREM2 的特异性敲除导致心脏功能显著下降，如 EF 和分数缩短率，同时，与心肌梗死后的对照组相比，LVEDV 和 LVESV 等也有所增加。此外，纤维化生成较少。
实验结果4
TREM2 缺陷巨噬细胞的渗出能力受损
通过生物信息学分析，我们观察到 TREM2 巨噬细胞主要与胞葬功能增强有关。在 TREM2KO 巨噬细胞中，胞葬细胞和溶酶体相关基因的表达量明显降低，而在 TREM2 表达的巨噬细胞中，这些基因的表达量却较高。此外，TREM2KO 巨噬细胞的胞葬能力降低，而 TREM2 外表达巨噬细胞的胞葬能力增加。体内和体外实验结果都支持TREM2促进巨噬细胞外排的假设。心肌梗死后第 7 天，Ter-119+CD68+ 巨噬细胞的数量明显减少，普鲁士蓝染色也更少，这进一步证实了 Trem2 缺陷巨噬细胞的胞葬功能缺陷。
实验结果5
TREM2+ 巨噬细胞通过 SYK-SMAD4 信号通路下调流出后的 SLC25A53 表达
通过 RNA-seq 分析，我们发现在心肌梗死后第 7 天，TREM2KO 巨噬细胞发生了与胞葬相关过程、碳水化合物代谢有关的几种转录程序变化。SLC25A53 被鉴定为体外（GSE98563）TREM2KO 巨噬细胞后排名第四的 DEG，也是 SLC 家族中排名第一的基因，与体内的排泄和代谢有关。结果表明，TREM2 巨噬细胞的排泄过程影响了 SLC25A53 的表达。
实验结果6
TREM2+ 巨噬细胞在脱细胞后通过 SLC25A53 影响线粒体中 NAD+ 的运输
作者发现，SLC25A53 在 TREM2+ 巨噬细胞中起到了将 NAD+ 转运到线粒体的作用。这种转运不影响细胞中 NAD+ 的总体水平。此外，SLC25A53 的缺乏并不影响 SLC25A51 的表达。敲除 SLC25A51 对线粒体 NAD+ 吸收过程的影响较小，这表明在 TREM2+ 巨噬细胞中，SLC25A53 是主要的 NAD+ 转运体，而不是 SLC25A51。
实验结果7
LC-MS 结果显示，TREM2 通过 SLC25A53 促进了巨噬细胞中衣康酸的释放，并促进了流出后的代谢变化
研究表明，新陈代谢在流出细胞后被重新编程，流出细胞的代谢副产物可影响周围细胞。结合心肌梗死后 Mac-TREM2KO 中 AC 的减少和纤维化的增加，作者研究了 TREM2+ 巨噬细胞是否会分泌影响缺血微环境中心肌细胞或成纤维细胞的产物。结果表明，TREM2+ 巨噬细胞在流出后会下调 SLC25A53 的表达，从而影响糖代谢，其代谢副产物可能会对心肌细胞和成纤维细胞产生影响。研究发现，TREM2+ 巨噬细胞分泌的代谢产物中，伊塔康酸的含量最高，并且在 SLC25A53 缺失组中也出现了增加。注射 4-OI 或伊塔康酸可使心肌梗死后心脏损伤得到修复。
实验结果8
注射 TREM2 腺病毒后左心室重塑得到改善
在心肌梗死后立即将携带 TREM2 的腺病毒（Ad-TREM2）和对照组（Ad-NC）注射到心肌中进行抢救实验，结果显示，接受Ad-TREM2治疗的小鼠在心肌梗死后第7天的EF%明显提高。Ad-TREM2组的左心室重塑效果更好，TREM2表达更高，SLC25A53表达更低。这些结果表明过量表达 TREM2 会下调巨噬细胞中的 SLC25A53，并促进体内梗死心脏的功能和结构改善。
作者进一步研究了体内和体外的炎症水平，并发现注射 4-OI 对心肌梗死有潜在的治疗作用。注射 4-OI 可使 EF% 显著恢复，Masson 三色染色显示，注射 4-OI 的小鼠心壁厚度增加，这些结果表明伊塔康酸衍生物对心肌梗死有潜在的治疗作用。
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