巨噬细胞是机体内的一种非特异性免疫细胞，它是宿主对病原体反应、调节炎症和组织再生的重要参与者。它们能快速感知来自周围环境的多种信号，整合信号并进行相关响应。在不同环境中，巨噬细胞能够向促炎（M1）或抗炎（M2）的特定功能表型两极分化，而M1和M2状态之间的切换取决于它们的代谢重编程。

线粒体是高速移动和动态的细胞器，不断经历裂变和融合，从而影响其活性氧水平、钙稳态及氧化磷酸化。裂变有助于受损线粒体的分离以及自噬降解，并促进极化细胞中线粒体转运；融合可以增加线粒体ATP的产生，并防止正常线粒体被自噬体吞噬。

巨噬细胞和线粒体都是当下研究的热点，但线粒体的裂变/融合对巨噬细胞的代谢重编程、极化和功能的影响尚不清楚，因此研究两者之间的关系对理解巨噬细胞的功能有重要的意义。

代谢能为巨噬细胞的活化和引发所需的免疫反应提供协同支持，然而协调巨噬细胞活化的代谢途径目前知之甚少。视神经萎缩蛋白1（OPA1）是一种线粒体形成蛋白，控制线粒体融合、嵴生物发生和呼吸作用进行。此外，OPA1还有助于控制成纤维细胞、心肌细胞和中性粒细胞中细胞死亡、增殖和基因表达的调节，并通过控制线粒体重新分布和形状重排来调节淋巴细胞的运动。

尽管OPA1在中性粒细胞和T细胞等免疫细胞的功能发挥中起着重要作用，但它是否参与巨噬细胞的反应目前仍不清楚。

2022年10月28日，意大利帕多瓦大学Antonella Viola和Barbara Molon等在Cell death and differentiation（IF=12.067）杂志上发表了题为“OPA1 drives macrophage metabolism and functional commitment via p65 signaling”的文章。在该研究中，作者阐释了OPA1在巨噬细胞活化中起着至关重要的作用。巨噬细胞中OPA1的缺失导致其信号传导、代谢适应和功能极化受损，并导致损伤时肌肉再生的显著延迟，这表明OPA1是巨噬细胞功能的关键代谢驱动因素。

• 原文链接：DOI号 10.1038/s41418-022-01076-y

1.OPA1缺失引起线粒体功能障碍

为了研究OPA1在巨噬细胞功能中的作用，作者构建了骨髓OPA1条件敲除小鼠（OPA1^M/M），并通过WB和qPCR检测了骨髓源性巨噬细胞中OPA1的成功敲除（图1A-B）。电镜观察也发现OPA1缺失的巨噬细胞线粒体形态破碎、嵴增大但数量减少（图1C），这些形态的变化也伴随着线粒体功能障碍，如线粒体膜电位在寡霉素的处理下显著下降（图1D），暗示OPA1缺失巨噬细胞的线粒体中ATP合酶以反转模式运行以维持膜电位从而补偿线粒体功能障碍。同时，这些细胞的细胞耗氧率（OCR）和细胞内ATP水平降低，而线粒体ROS水平升高（图1E-G）。尽管，OPA1^M/M巨噬细胞的糖酵解增强，但它们在含半乳糖/无葡萄糖的培养基中存活率降低（图1H-I），这也反映了线粒体的功能障碍。

另外，在线粒体功能障碍的情况下OPA1^M/M巨噬细胞呼吸链超复合体的组装也存在缺陷（图2）。以上结果表明OPA1缺失会引起骨髓源性巨噬细胞的线粒体结构受损及功能障碍，并导致呼吸作用的减弱。

图1.OPA1缺失引起巨噬细胞线粒体功能障碍

图2.OPA1缺失影响线粒体呼吸链超复合物组装

2. OPA1缺失影响巨噬细胞极化

为了探究OPA1缺失对巨噬细胞极化的影响，作者在体外水平分别用LPS+IFNγ或IL-4来促进巨噬细胞向M1型或M2型分化，并检测相应标志物的表达水平。qPCR和WB结果表明相比于对照组，OPA1^M/MM1型巨噬细胞促炎基因il-6、Tnf、Nos2的表达量显著下调，且IL-6和TNF的释放量以及NO水平都显著降低（图3A-F），暗示OPA1缺失导致M1型巨噬细胞功能不全。相反，OPA1^M/M M2型巨噬细胞典型的抗炎标记物Mrc1、Arg1和Retnla的表达量则显著上调（图3G-L）。

接下来，作者研究了OPA1缺失引起巨噬细胞M1和M2表型失衡的分子机制。NF-κB是在巨噬细胞中响应LPS刺激表达促炎因子的关键驱动因子，而IKK是激活典型NF-κB途径的一种激酶。作者发现相比对照组，OPA1^M/M M1型巨噬细胞在LPS处理后IKK磷酸化的水平更低（图4A-B）。相应的，NF-κB和p65亚基的核转位也下降了（图4C-D）。以上结果表明OPA1缺失引起NF-κB激活障碍，并导致巨噬细胞极化改变和M1型与M2型失衡。

图4.OPA1缺失抑制巨噬细胞中NF-κB活化

3. OPA1缺失通过改变TCA循环影响巨噬细胞M1/M2失衡

通常，M1型巨噬细胞依靠有氧糖酵解消耗葡萄糖和谷氨酰胺来产生ATP，而M2型巨噬细胞则倾向于通过氧化代谢尤其是FAO来作为ATP来源。据报道，TCA循环的中间产物对巨噬细胞的代谢和功能发挥有着重要的驱动作用，并且在M2型巨噬细胞中α-酮戊二酸与胞外琥珀酸（αKG/succinate）的比例要高于M1型。与此一致的是，作者在OPA1^M/M巨噬细胞中检测除了相比对照组更高的αKG/succinate比例（图5A-B），这可能会在抑制巨噬细胞的NF-κB通路。同时，当用不含谷氨酰胺和富含琥珀酸二甲酯的培养基培养巨噬细胞时，巨噬细胞的分化标记物水平接近对照组，且NF-κB重新被激活（图5C-F）。以上结果表明OPA1缺失通过抑制NF-κB通路引起线粒体能量代谢及TCA循环变化而导致巨噬细胞M1/M2失衡。

4. OPA1缺失影响肌肉再生

巨噬细胞在肌肉组织的损伤后修复中起到重要的作用，而最近的研究表明肌肉损伤后增加M1型巨噬细胞的数量可以促进肌肉恢复、减少纤维化。作者通过向小鼠的腓肠肌和股四头肌中注射心脏毒素（CTX）诱导肌肉损伤，在肌肉损伤后修复14天之后观察到OPA1^M/M小鼠中肌肉明显的形态变化，包括纤维的大小、更多的胶原沉积以及巨噬细胞的滞留（图6A-E）。同样地，在肌肉损伤后修复7天时，OPA1^M/M小鼠肌肉中也表现出更多的巨噬细胞数量、更高的M2型巨噬细胞标记物（CD206）水平以及显著的Nos2表达下调和Arg1表达上调（图6F-I）。以上结果表明OPA1缺失的小鼠肌肉损伤后修复的过程明显延迟且纤维化更加严重，肌肉再生受阻。

图6. OPA1缺失影响肌肉再生