在這個微觀的世界里，每一個細胞都像一個精密的工廠，不斷地進行著能量的轉換和物質的循環(huán)。而免疫代謝，就是這個工廠中最為核心和神秘的部分。它不僅維系著我們身體的防御系統(tǒng)，更是在多種疾病的發(fā)生和發(fā)展中扮演著關鍵的角色。近年來，隨著科學研究的不斷深入，免疫代謝這一概念逐漸從幕后走向臺前，成為醫(yī)學研究的新寵。它涉及到免疫細胞如何利用能量，如何響應營養(yǎng)變化，以及這些代謝活動如何影響免疫反應。在健康的狀態(tài)下，免疫代謝幫助我們維持免疫平衡，抵御外來侵害；而在疾病狀態(tài)下，它的變化則可能導致炎癥反應過度或免疫反應受阻。
2024年10月9日，Signal Transduction and Targeted Therapy發(fā)表了一篇綜述由四川大學華西第二醫(yī)院張南南團隊領銜的研究，題為“Metabolic regulation of the immune system in health and diseases: mechanisms and interventions”，不僅揭示了免疫系統(tǒng)代謝調控在健康與疾病狀態(tài)下的作用機制，為我們指出了創(chuàng)新的干預策略，更賦予了我們對免疫系統(tǒng)運作深邃洞察的新視角。
01、免疫細胞中的代謝途徑和重編程
免疫系統(tǒng)的代謝調節(jié)是一個復雜的過程，涉及多種細胞類型的代謝途徑和重編程。免疫細胞的代謝活動受其表型和亞型的影響。例如，幼稚T細胞處于靜息狀態(tài)，代謝需求有限；而效應T細胞則需要大量生物質和快速增殖，因此代謝活躍。調節(jié)免疫細胞代謝的關鍵途徑包括：
1. 糖酵解：免疫細胞，尤其是促炎細胞，依賴糖酵解產生能量。例如，M1巨噬細胞和效應T細胞在執(zhí)行功能時，表現(xiàn)出高水平的糖酵解。這種代謝途徑為免疫細胞提供了快速的能量供應，同時產生乳酸等代謝產物，參與免疫調節(jié)。
2. 氧化磷酸化：氧化磷酸化是細胞的主要能量來源，在幼稚T細胞和調節(jié)性T細胞中占主導地位。
3. 脂肪酸氧化：脂肪酸氧化是M2巨噬細胞的重要代謝途徑，用于產生能量和炎癥介質。
4. 脂肪酸合成：脂肪酸合成是效應T細胞和調節(jié)性T細胞的重要代謝途徑，用于合成細胞膜成分和其他脂質。
5. 氨基酸代謝：氨基酸是免疫細胞的重要營養(yǎng)物質，參與細胞增殖、分化和功能調節(jié)。例如，谷氨酰胺是免疫細胞的重要能量來源，而精氨酸則參與T細胞激活和功能調節(jié)。
02
·疾病中的免疫系統(tǒng)代謝調控·
免疫細胞的代謝重編程在多種疾病的發(fā)生發(fā)展中起著重要作用。以下是一些典型疾病中免疫系統(tǒng)代謝特征：
1. 癌癥：腫瘤微環(huán)境中存在缺氧和營養(yǎng)缺乏，導致免疫細胞發(fā)生代謝重編程，以適應這種環(huán)境。例如，腫瘤相關巨噬細胞表現(xiàn)出促炎表型，而效應T細胞的糖酵解活性降低。
2. 自身免疫性疾病：自身免疫性疾病中，免疫細胞的代謝特征往往與促炎表型相關。例如，系統(tǒng)性紅斑狼瘡患者外周血單核細胞表現(xiàn)出高水平的糖酵解和氧化磷酸化。
3. 代謝性疾病：代謝性疾病，如肥胖和2型糖尿病，通常伴隨著慢性低度炎癥。免疫細胞的代謝重編程在疾病進展中起著重要作用。例如，肥胖患者脂肪組織中M1巨噬細胞增多，而M2巨噬細胞減少。
4. 感染：感染期間，免疫細胞會發(fā)生代謝重編程，以適應病原體感染并清除病原體。例如，巨噬細胞在布魯氏菌感染期間會增加糖酵解活性，而HIV感染患者的CD8+ T細胞糖酵解活性降低。
5. 其他系統(tǒng)性疾病和器官疾病：免疫系統(tǒng)代謝在心血管疾病、神經系統(tǒng)疾病和呼吸系統(tǒng)疾病中也起著重要作用。例如，動脈粥樣硬化患者外周血單核細胞和巨噬細胞的糖酵解活性降低，而急性肺損傷患者M1巨噬細胞的糖酵解活性增加。
圖2 癌癥中免疫細胞的代謝調節(jié)
（圖源：Hu, et al., Signal Transduct Target Ther, 2024）
圖3 自身免疫性疾病中免疫細胞的代謝調節(jié)
（圖源：Hu, et al., Signal Transduct Target Ther, 2024）
圖4 代謝性疾病中免疫細胞的代謝調節(jié)
（圖源：Hu, et al., Signal Transduct Target Ther, 2024）
03、基于免疫代謝的靶點和治療
基于免疫代謝的治療策略包括：
1. 靶向糖酵解：通過抑制糖酵解來治療疾病。例如，抑制HIF-1α、mTORC1或PKM2來降低免疫細胞的糖酵解活性，從而減輕炎癥和增強抗腫瘤免疫反應。
2. 靶向氧化磷酸化：通過增強氧化磷酸化來治療疾病。例如，激活PPARα或其他信號通路來增強免疫細胞的氧化磷酸化活性，從而增強抗腫瘤免疫反應和抗炎反應。
3. 靶向脂質代謝：通過調節(jié)脂質代謝來治療疾病。例如，抑制脂肪酸合成或增強脂肪酸氧化來調節(jié)免疫細胞的脂質代謝，從而增強抗腫瘤免疫反應和抗炎反應。
4. 靶向氨基酸代謝：通過調節(jié)氨基酸代謝來治療疾病。例如，抑制谷氨酰胺代謝或增強谷氨酰胺合成來調節(jié)免疫細胞的氨基酸代謝，從而增強抗腫瘤免疫反應和抗炎反應。
5. 其他代謝途徑：除了糖酵解、氧化磷酸化、脂肪酸氧化和合成以及氨基酸代謝外，其他代謝途徑也可能參與免疫代謝，例如核苷酸代謝和谷胱甘肽代謝，未來需要進一步研究。
04、未來展望
免疫系統(tǒng)代謝是免疫細胞功能和疾病發(fā)生發(fā)展的重要決定因素。基于免疫代謝的治療策略具有巨大的潛力，但仍需進一步研究和驗證。未來研究需要解決代謝途徑、細胞類型和疾病異質性的問題，并探索新的治療靶點和策略，以更好地利用免疫系統(tǒng)代謝來治療疾病。
05、拜譜小結
本研究綜述了免疫系統(tǒng)在健康和疾病狀態(tài)下代謝調控的機制和干預策略。免疫系統(tǒng)中的代謝途徑和重編程包括糖酵解、氧化磷酸化、脂肪酸代謝、氨基酸代謝等，這些途徑在不同類型的免疫細胞中發(fā)揮著關鍵作用。免疫細胞代謝是維持其功能和響應外界刺激的關鍵。糖酵解和氧化磷酸化是免疫細胞獲取能量的主要途徑，其中糖酵解尤為重要，因為它不僅能夠在缺氧或氧氣供應不足的環(huán)境下迅速提供能量。此外，糖酵解產生的乳酸，還可以通過乳酸化修飾影響免疫細胞的代謝狀態(tài)、信號傳導、基因表達和細胞功能。乳酸化修飾與免疫細胞代謝的復雜性密切相關，為開發(fā)針對免疫相關疾病的新治療策略提供了可能性。
代謝組學是通過高通量分析技術，對免疫細胞內的所有代謝產物進行定量和定性分析的方法。它有助于深入了解免疫細胞的代謝途徑及其在疾病中的作用。通過代謝組學分析，我們可以揭示免疫細胞代謝的調控機制，以及這些機制如何影響免疫細胞的活性和疾病進程。拜譜生物，作為國內領先的多組學公司，可提供完善成熟的蛋白組學、代謝組學、轉錄組學等多組學產品技術服務體系。在代謝組學領域，拜譜生物全面布局非靶代謝、靶向代謝組和廣靶代謝產品，并針對動物/醫(yī)學類樣本、植物樣本、中藥等不同樣本類型，推出特色代謝檢測產品，如MT1000醫(yī)學全靶、GT-MAX植物廣靶、中藥代謝組等。拜譜全新推出的QMT1000醫(yī)學絕對定量靶向代謝組學產品，面向醫(yī)學/動物類樣本，可實現(xiàn)1000+醫(yī)學專屬性代謝物的高通量絕對定量檢測，助力醫(yī)學領域研究，歡迎咨詢！
參考文獻：
Hu T, Liu CH, Lei M, Zeng Q, Li L, Tang H, Zhang N. Metabolic regulation of the immune system in health and diseases: mechanisms and interventions. Signal Transduct Target Ther. 2024 Oct 9;9(1):268. doi: 10.1038/s41392-024-01954-6返回搜狐，查看更多
