近10年来，国自然中「巨噬细胞」中标量呈现一个直线增长的趋势，在2023年达到了888个中标数目，因此，巨噬细胞一直都是国自然申请中大家重点关注的内容。

（来源：ZCOOL国家自然科学基金查询）

巨噬细胞是先天性和适应性免疫系统的重要组成部分，与其他吞噬细胞一起，它们通过释放促炎细胞因子形成最初的防线，这有助于激活先天免疫系统以及随后的T和B细胞反应。

巨噬细胞在不同的刺激或微环境下可进一步极化为不同的表型。在典型的分类中，促炎性巨噬细胞通过脂多糖（LPS）诱导获得M1表型，抗炎性巨噬细胞通过IL-4或IL-13诱导获得M2表型。

除了IL-4/IL-13诱导的M2a表型外，M2巨噬细胞亚群还可以根据其具体功能进一步细分为不同的亚型。

巨噬细胞极化的调控新机制

2023年10月12日，复旦大学周兆才、焦石、中国科学院上海高等研究院吕军鸿、同济大学林谋斌共同通讯在Nature Communications发表题为SUN1/2 controls macrophage polarization via modulating nuclear size and stiffness论文。

该研究将核包膜蛋白SUN1/2鉴定为巨噬细胞M1极化过程中细胞核的机械调节剂。作者发现，SUN1/2在炎症信号如脂多糖（LPS）的作用下，会通过调节核的大小和硬度来促进巨噬细胞向M1极化，增强炎症和抗肿瘤免疫。该研究还发现，SUN1/2通过介导LPS诱导的核重塑来调节染色质构象，促进炎症相关基因的表达。

此外，SUN1/2的缺失还能促进巨噬细胞的吞噬作用、组织浸润和促炎细胞因子的产生，从而增强小鼠的抗肿瘤免疫。

总的来说，这项研究揭示了SUN1/2在巨噬细胞极化过程中的关键机械调节作用，为炎症和免疫相关疾病的治疗提供了新的理论基础。

细胞核是胞内最大的胞器，是细胞遗传与代谢的调控中心。此外，细胞核被认为是生物信号的力学传感器。尽管不同类型的细胞中细胞核的大小和形态各不相同，但细胞核与细胞体积的比率（称为核质比率）保持稳定。

细胞周期中核膜的分解和重建已经得到了相对较好的表征。然而，在细胞功能重编程的背景下，对细胞核大小和力学的潜在变化仍知之甚少。特别是，目前尚不清楚细胞核是否在免疫细胞中进行功能重编程的主动重塑。

巨噬细胞的M1/M2极化是一个严格控制的过程，其失调与各种炎症性疾病和肿瘤进展密切相关。目前尚不清楚巨噬细胞的可塑性功能是如何适应不同环境需求的，尤其是从细胞核的生物力学调节角度来看。

为了探索细胞核的潜在形态和机械变化，并评估这些变化在极化过程中的功能重要性，作者用LPS处理来源于人类白血病单核细胞系THP-1的巨噬细胞，并用Hoechst 33342对其细胞DNA进行染色。

作者观察到，在LPS诱导的巨噬细胞M1极化过程中，细胞核发生了明显的形态（核面积和体积显著缩小）和机械性质的改变（核质变得柔软，核骨架变得松弛）。

为了解释巨噬细胞中LPS诱导的细胞核重塑，作者假设M1极化信号（如LPS）可能改变了某些核膜蛋白的水平，从而改变核的机械性质和大小。通过实验，作者发现SUN1/2蛋白在LPS诱导的巨噬细胞细胞核形态和机械重塑中作为分子介质而存在。

接下来，作者通过这一系列的实验步骤，揭示了LPS诱导巨噬细胞中SUN1/2蛋白水平降低的详细机制。

作者首先检测了SUN1/2的下调是否依赖于蛋白酶体途径。用蛋白酶体抑制剂MG132处理PEMs显著阻断LPS诱导的SUN1/2蛋白的减少，表明LPS通过蛋白降解调节SUN1/2。

LPS处理逐渐增强了SUN2的泛素化，这进一步支持了LPS通过促进SUN蛋白的泛素化和蛋白酶体降解来诱导其下调。

同时，在LPS处理的细胞中，作者未检测到SUN1/2转录的显著变化，这表明SUN1/2的下调主要发生在翻译后水平，而不是转录水平。

接下来，作者开始确定哪种E3泛素连接酶导致了SUN蛋白的降解。质谱分析和免疫沉淀分析显示βTrCP1/2是SUN1/2的潜在相互作用伙伴。βTrCP1/2的敲低和过表达实验表明，βTrCP1/2介导了SUN1/2的泛素化和降解，是SUN1/2的E3连接酶。

βTrCP1/2的共转染以剂量依赖的方式增强了SUN2的泛素化，并降低了其蛋白质水平。此外，βTrCP1的过表达显著增加了野生型SUN2的泛素化，但没有增加其SA突变体的泛素化，这表明βTrCP1/2通过其经典磷酸化依赖的方式与SUN蛋白结合。

作者进一步利用Motif Scan分析，预测CK2可能是导致SUN蛋白Ser136位点磷酸化的激酶。同时，质谱分析也显示了SUN2和CK2之间的潜在相互作用。作者推断CK2活性可能对LPS诱导的SUN1/2蛋白水平的降低很重要。

为了测试这种可能性，作者使用CK2特异性抑制剂TBB处理巨噬细胞，发现TBB可以阻断LPS诱导的SUN蛋白水平的降低，这表明CK2活性对于LPS诱导的SUN蛋白降解是必需的。

此外，体外激酶测定进一步证实，CK2可以直接磷酸化纯化的重组野生型SUN2蛋白。

这些实验数据表明，CK2激酶在LPS诱导的巨噬细胞中发挥关键作用。具体来说，CK2通过磷酸化SUN蛋白的Ser136位点，促进了SUN蛋白与βTrCP1/2的结合，进而介导了SUN蛋白的泛素化和蛋白酶体降解。这一过程最终导致了SUN蛋白水平的降低，进而影响了巨噬细胞的M1极化过程。因此，CK2-βTrCP1/2轴在调控巨噬细胞对LPS刺激的响应中起着关键作用。

由于核膜蛋白SUN1/2在巨噬细胞M1极化过程中介导LPS诱导的核重塑，作者假设SUN1/2可能在调节染色质可及性和基因转录中发挥功能作用。

作者首先进行了荧光原位杂交（FISH）分析，并检查了同源染色体的排列，结果显示，SUN1/2的缺失导致同源染色体间距离增加，这表明SUN1/2在染色质构象中具有调节作用。

为了评估SUN1/2在维持炎症相关基因染色质允许状态中的作用，作者在PEMs中进行了FAIRE（甲醛辅助分离调节元件）测定，结果发现SUN1/2表达的沉默显著增加了I16和I11b基因座的可接近性，这表明SUN1/2可能通过维持染色质构象来影响基因转录。

为了进一步证实SUN蛋白对染色质开放性和活性状态的影响，作者检测了DNA聚合酶II（Pol II）向Il6和Il1b基因转录起始位点（TSS）的募集。结果显示，Pol II和H3K4me2/3的水平在SUN1/2缺陷的细胞核中显著升高，这进一步支持了SUN1/2在维持染色质开放性和活性状态中的作用。

随后，作者全面评估了SUN1/2对染色质表观遗传学状态的影响，H3K4me2/3染色质免疫沉淀（ChIP）实验显示，在SUN1/2缺陷核中，H3K4me1和H3K4me 3的水平远高于野生型核，这表明SUN1/2可能通过影响染色质修饰来影响基因转录。

这些实验结果表明，SUN1/2的减少改变了染色质的构象，从而促进了染色质的开放性和可及性，进而影响巨噬细胞的M1极化过程。

作者进一步评估了SUN1/2介导的核重塑和转录调控在巨噬细胞功能中的重要性。

作者首先检测PEMs的吞噬作用，发现，与对照细胞（~32%）相比，PEM中SUN1/2的缺失显著增强了其吞噬能力，并促进了吞噬效率（达到约60%的水平），表明SUN1/2可能影响巨噬细胞的吞噬作用。

接下来，作者研究了SUN1/2对巨噬细胞M1或M2极化的影响。流式细胞术分析显示，在Sun1/2DKO PEMs中，M1（CD86+）细胞的比例高度增加，而M2（CD206+）细胞的百分比明显降低，这表明SUN1/2可能影响巨噬细胞的极化。

此外，作者还分析了 PEMs中标记M1或M2极化的关键基因的表达。SUN1/2的缺失显著增加了M1标记物（包括Il6、Il1b和Nos2在内）的表达，但降低了M2标记物（如Arg1和Mrc1（甘露糖受体CD206）和Retnla）的表达，这进一步支持了SUN1/2可能影响巨噬细胞的M1极化。

在小鼠模型中，SUN1/2的缺失加剧了LPS诱导的炎症损伤，同时也增强了抗肿瘤免疫力。

百度浏览   来源 : 中洪博元生物   

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