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编译：微科盟胜寒，编辑：微科盟Tracy、江舜尧。
微科盟原创微文，欢迎转发转载。 导读
分泌的免疫代谢物已经成为免疫系统的基本因素，参与多种代谢回路和信号级联。越来越多的证据表明，由免疫细胞的激活和成熟引起的代谢程序的改变伴随着各种代谢物进入局部环境。除了蛋白质/肽配体，分泌免疫代谢物(SIMets)是免疫通信网络的重要组成部分，在稳态和病理条件下均能够调控免疫反应。本文总结了SIMets研究的最新进展，并讨论了一些代谢物通过受体、转运体和翻译后修饰调节参与免疫反应的潜在机制，这些可能有助于开发炎症和免疫介导疾病治疗的有效方法。
亮点： 1. 代谢物作为能量来源和生化材料组成细胞成分，其中许多具有调节免疫功能的内在活性。2. SIMets的流入和流出动力学调控免疫细胞的细胞内和细胞外活3. 在各种免疫细胞亚群中可观察到各种各样的分泌免疫代谢物(SIMets)，并可促进免疫细胞-细胞相互作用。例如，根据小鼠模型，B系细胞分泌的γ-氨基丁酸和乙酰胆碱可以影响髓系细胞分化，并且与抗肿瘤免疫和动脉粥样硬化有关。4. SIMets不仅可以与表面受体相互作用，还可以被传递到靶细胞，并在代谢途径中作为底物或实现翻译后修饰。例如，骨髓来源的抑制细胞的甲基乙二醛被转移到人CD8 T细胞中，在那里它作为糖基化的底物抑制T细胞的效应功能。原名：Secreted
immune metabolites that mediate immune cell communication and function通讯作者单位：日本横滨研究所综合医学中心粘膜免疫实验室；京都大学医学院免疫细胞在很大程度上通过独特的基因转录和细胞表面蛋白进行识别和追踪，这些特征确定了功能不同的细胞亚群在调节环境的内稳态和应对内外威胁(如病毒、细菌、寄生虫和癌细胞)方面发挥进化保守作用。免疫细胞必须对环境变化作出快速反应，例如，淋巴细胞在遇到抗原时，从静止的原始细胞转变为活跃的效应细胞。蛋白质翻译率增加，必须产生足够的能量来进行新的效应器程序。细胞运动以及细胞分裂导致细胞内生化程序被改变，并上调执行免疫效应功能的膜结合或分泌蛋白。这种代谢适应不仅涉及能量和底物周转，还产生许多低分子量生物活性代谢物，其中许多被分泌到细胞外空间，可能直接参与调节免疫反应。在这篇文章中，我们关注与不同免疫细胞类型和成熟状态相关的SIMets，并强调了对它们在免疫细胞互作中的作用。SIMets通过整合到关键的生化途径或作为生化过程的基本构件作用于细胞。因为除了线粒体之外，真核生物可能从更古老的原核生物继承了许多基本的生化途径(框1)，我们认为SIMets构成了细胞通讯的基础，其中包括免疫系统。在微生物和植物生物学的背景下，细胞内和细胞间代谢物的通量已被广泛研究。对缺乏代谢酶的突变菌的研究扩大了我们对细胞内生化途径的认识，细胞利用这些途径来适应不断变化的环境。在微生物学和植物学方面的基础研究也促进了我们对代谢物如何在细胞之间传递信息的理解。分泌的代谢物参与细菌的群体感应，并向细菌群落的不同成员提供自分泌和旁分泌发育信号。小分子代谢物，如血清素和γ-氨基丁酸(GABA)，后来被命名为神经递质，在细菌和植物中有很好的调节功能。血清素和氨基丁酸在细菌和植物中发挥着不同的作用，包括发芽、生长、发育和适应环境压力。 众所周知，在哺乳动物中，神经和内分泌系统以及微生物群会释放各种代谢物，包括神经递质、激素、胆汁酸、短链脂肪酸和吲哚，这些代谢物主要通过作用于特定的受体来影响免疫细胞的生物学和行为。然而，尽管有大量与代谢物对免疫细胞亚群影响相关的基因组和蛋白质组学数据，我们仍然无法预测健康和疾病中免疫细胞行为的许多信息。一个原因可能是我们对SIMets的多途径代谢适应和合成通量如何与免疫细胞效应程序整合的认识有限。我们相信，将积累的细胞生物化学知识应用于免疫细胞间调节可以增强我们对免疫系统的了解。可溶性代谢物可能通过特定受体影响细胞行为，也可能通过代谢物在细胞中的量来影响细胞行为。因此，可溶性代谢物可能调节基础细胞功能的酶反应平衡。进一步加强对SIMets动态通量介导的胞外和胞内信号通路的了解，可能有助于发现新的代谢生物标志物，以及癌症和自身免疫疾病等的病理治疗靶点。对单个免疫细胞群的质谱代谢谱分析揭示了许多免疫细胞在获得效应功能时的代谢特征。总的来说，体外系统的研究表明，好氧糖酵解，即葡萄糖转化为乳酸生成ATP，是满足效应T细胞和促炎巨噬细胞能量需求的首选途径。在快速分裂的微生物和癌细胞中观察到的这种古老的能量生产形式，也支持自然杀伤细胞(NK)、树突状细胞(DC)的激活和肥大细胞的效应功能。一方面，葡萄糖分解代谢的主要优势是产生糖酵解中间产物，以满足广泛的代谢需求，包括三羧酸(TCA)循环和核苷酸和脂类的生物合成，从而激活免疫细胞的高细胞生长速率和分泌能力。另一方面，长寿的调节性T细胞(treg)、记忆性T细胞和抗炎巨噬细胞优先使用脂肪酸氧化(FAO)产生ATP，以满足其延长的细胞寿命和特定功能。抗炎巨噬细胞，如IL-4极化巨噬细胞，保持完整的与氧化磷酸化(OXPHOS)相关的TCA循环。相比之下，在促炎巨噬细胞中，如脂多糖(LPS)和干扰素(IFN) γ极化巨噬细胞，琥珀酸和柠檬酸在细胞内积累，而不是被用于TCA循环。细胞满足能量需求的这种普遍变化导致了细胞内可溶性代谢物的不同分布，其中许多具有强大的信号转导潜力。例如，小鼠促炎巨噬细胞中积累的琥珀酸被证明可以稳定缺氧诱导因子1α (HIF1α)的表达并增强IL-1β的产生，导致其他细胞修饰，如体外LPS刺激后观察到的蛋白琥珀酰化。代谢产物如琥珀酸和柠檬酸也可以释放到细胞外空间作为SIMets作用于其他细胞。炎性巨噬细胞释放的胞外琥珀酸作为代谢应激信号，与琥珀酸受体SUCNR1结合，导致转录变化，如体外人抗炎巨噬细胞所示。从柠檬酸盐中提取的衣康酸，也能够调节小鼠和人类巨噬细胞的功能。例如，衣康酸通过调节抗氧化和抗炎性能的转录因子半胱氨酸残基的烷基化，上调巨噬细胞的抗炎基因表达。I型IFN增强衣康酸的产生，进而限制了I型IFN的反应。大肠沙门氏菌感染小鼠巨噬细胞时，抑制酶乌头酸脱羧酶 1 (Acod1)的表达可以降低小鼠巨噬细胞的抑菌活性，该酶可产生衣康酸。这些研究证明了一小部分代谢产物的不同影响，这些代谢产物表征了特定的细胞和分化状态，表明可以通过生物活性代谢产物对炎症反应进行反馈调节。执行独特效应器程序的特殊免疫细胞的进化可能受到特定代谢适应的支持。在分化和促炎性免疫细胞类型中观察到的糖酵解代谢优先于OXPHOS或FAO似乎不适用于B细胞。相反，糖酵解产生的乳酸和OXPHOS介导的氧消耗伴随着小鼠B细胞中B细胞受体的激活。最近的一项研究表明，尽管是一个高度增殖的亚群，但离体分选的小鼠和人类生发中心（GC）B细胞利用脂肪酸而不是葡萄糖来产生能量，并将乙酰辅酶A偶联到TCA循环。这些不同B细胞亚群的代谢谱可能会产生不同的SIMets，可能有助于解释一些相互矛盾的临床观察结果，其中不同B系细胞的肿瘤浸润与癌症的不同结局相关。例如，肿瘤三级淋巴结构中GC B细胞的存在通常与良好的预后相关，而IgA 浆细胞的存在往往表明患者预后不良。在特定生理生态位中共存的细胞群体，如T细胞和B细胞淋巴细胞、淋巴结（LN）中的GC B细胞和T细胞，浆细胞以及肠道淋巴结构中，在免疫应答期间会减轻对其微环境中有限的外部代谢底物的竞争。相反，免疫细胞或免疫细胞亚群之间为特定代谢产物的有限可用性而进行的竞争有时可能是一种负调节近端甚至远端细胞活性的方法。许多代谢产物通过循环系统分布在全身，在某些情况下，免疫反应产生的SIMets的调节影响可能不仅影响局部细胞的功能，还影响其他组织和生理分区（框2）。PD-1是一种免疫抑制受体，对T细胞活化起着重要的“手刹”作用，检查点抑制剂抗体如纳武单抗和彭布罗利珠通过阻断PD-1与其天然配体的相互作用来抗癌。随着年龄的增长，缺乏PD-1蛋白编码基因(Pdcd1−/−)的小鼠逐渐发展为淋巴增生，因为它们的CD44hiCD4 和CD8 T细胞效应T细胞群在对自身抗原的反应中逐渐增多。随着时间的推移，Pdcd1−/− 小鼠出现自身免疫症状（取决于其遗传背景的不同器官），类似于人类自身免疫疾病（如狼疮和类风湿性关节炎），其特征是对自身抗原的慢性免疫反应。患有遗传性PD-1缺乏症的罕见患者同样受到器官特异性自身免疫的影响，对检查点抑制治疗有不良影响的患者也是如此。对老年Pdcd1−/−小鼠血清的大规模细胞分析显示，机体必需氨基酸酪氨酸和色氨酸的系统性缺陷与自身免疫的发生相关。纯化细胞群的代谢分析探讨了这种系统性缺陷是如何由免疫激活引起的，并表明即使在没有PD-1缺陷的情况下，色氨酸和酪氨酸在CD44hiT细胞内也会大量积累。这种活化的T细胞亚群在Pdcd1−/−小鼠中的逐渐积累，由此产生的必需氨基酸的分离，在免疫组织之外具有深远的影响。色氨酸是合成神经递质血清素的基本底物，由于Pdcd1−/−小鼠中扩大的CD44hi效应T细胞的代谢摄入超过了膳食中必需氨基酸色氨酸的摄入量，血清中色氨酸浓度的降低破坏了大脑中5 -羟色胺的生成，这进而导致Pdcd1−/−小鼠的恐惧反应和焦虑行为增强，而通过给予动物富含色氨酸的饮食可以逆转这种反应，从而抵消T细胞对这种代谢物的消耗。此前，与感染相关的嗜睡、焦虑和厌恶社交被认为是通过血脑屏障的炎症细胞因子的作用，但在Pdcd1−/−小鼠中发现的免疫细胞使用的系统代谢物浓度的调节表明，这些行为适应可能通过一种新的机制得到加强。其他小的可溶性代谢物，包括SIMets，可能通过不同的生理系统通过共同竞争体循环中的一种基本代谢物而作用于细胞。 主要的神经递质，如多巴胺、乙酰胆碱(ACh)和γ-氨基丁酸(GABA)是众所周知的生物活性代谢物，调节中枢神经系统中的神经元突触传递。最近研究表明，它们由外周淋巴细胞分泌，并介导免疫突触信号，如下节所述。神经系统和免疫系统中许多相同的小代谢物的信号传递能力可能是古老细菌或植物系统适应的结果。SIMets可能在进化过程中被同时吸收到这两个不同的生理系统中，因为它们都需要在身体的每个组织中感知和响应外部刺激，使用神经系统传递感觉输入并向肌肉和腺体等效应器传导脉冲，同时启动免疫系统检测感染或损伤，并对不同的细胞成分提供充分的响应。代谢物GABA在哺乳动物大脑中具有抑制作用。然而，在大脑外，GABA可以通过减弱与自身免疫疾病、肥胖症、病毒感染和癌症相关的炎症反应，在免疫系统中发挥抑制作用。在外周器官中，GABA首先在大鼠的肠道、肝脏、脾脏和胰腺中发现。关于免疫细胞GABA的分泌，小鼠巨噬细胞、DC和T细胞可以独立于刺激将GABA释放到培养上清液中。事实上，自分泌GABA信号被证明决定了从小鼠分离的成熟肺巨噬细胞的极化表型，这通过测量巨噬细胞中的激活标记物（无论是否含有GABA受体激动剂或拮抗剂）在体外得到验证。然而，淋巴组织中GABA的主要来源仍然未知，直到最近我们证明B细胞和IgA 浆细胞是小鼠体内稳态和炎症状态下GABA的重要产生者和分泌者。高灵敏度分析成像质谱（IMS）能够可视化小鼠淋巴结B细胞和人类扁桃体中GABA的共定位。B细胞缺陷（μMT）小鼠先前被证明在特定的无病原体和无细菌条件下都表现出增强的MC38结肠癌抗肿瘤反应，这种对肿瘤细胞的免疫功能主要归因于存在于粘膜表面CD8 T细胞的激活，以及缺乏B细胞免疫抑制剂特征，如PD-L1表达和IL-10产生。我们的新研究表明，GABA可能是B细胞能够发生主动免疫反应的另一部分。通过在B细胞缺陷（Ighm–/–）小鼠中给予GABA降低了其排斥MC38肿瘤细胞的能力，与特异性缺失GABA合成酶GAD67小鼠中增强的抗肿瘤免疫应答相反（后者肿瘤浸润细胞毒性CD8 T细胞比率较高）。GABA是如何发挥这种抑制作用的，它对哪些免疫细胞起作用？许多研究表明，外源性GABA在体外通过与GABAA受体（一种离子型受体和五聚配体门控离子通道）结合来调节小鼠和人类免疫细胞的功能。例如，GABAA受体信号抑制T细胞增殖和效应器功能，在弓形虫感染时诱导DC迁移，在有分枝杆菌感染的巨噬细胞中促进自噬的激活，并促进抗炎巨噬细胞分化，如产生IL-10的巨噬细胞。与神经元一样，免疫细胞中的GABAA受体可以包含多种亚基的不同组合，不同受体亚基的存在可能决定GABA与其在大脑或免疫系统各种细胞亚群中与受体结合的亲和力。在神经元和免疫系统的一些细胞中广泛表达的其他GABA受体是代谢型GABAB受体。然而，GABAB连接在免疫细胞中的下游效应的研究明显少于在大脑中的研究，众所周知，这种相互作用通过激活Gαi/o型蛋白来延长其抑制功能。最近的研究发现， GABAB受体激动剂在非肥胖糖尿病（NOD）小鼠的1型糖尿病模型中显示出有益的效果（较少的疾病症状）。研究已经提出免疫细胞或癌细胞中GABA受体介导调节的可能分子机制，如膜电位和下游信号事件的改变，其具体细节仍有待阐明（框3）。另外，GABA可能通过同源受体以外的方式间接作用于细胞。如以下章节所述，除了GABA受体外，小鼠和人类免疫细胞还表达GABA转运体（GAT）以及负责细胞内GABA合成和降解的酶。研究者需要进一步的研究来精确定位和揭示这种复杂的GABA机制在免疫细胞中的功能，这种机制在进化上似乎是保守的。GABAA受体是配体门控的氯通道，通常由五聚体等三种亚基形成，例如由两个α亚基、两个β亚基和一个γ亚基组成的2α：2β：1γ亚基。亚基分为α（α1-6）、β（β1-3）、γ（γ1-3）、ρ（ρ1-3δ）和其他（ε、π、θ）。GABA通常与α/β界面结合并引发Cl−内流介导的超极化，导致神经元的阶段性或强直性抑制。然而，在外周免疫细胞的背景下，GABA通过GABAA受体诱导去极化，因为淋巴细胞具有高浓度的细胞内Cl−，GABA诱发的去极化可能通过Ca2 库释放激活的Ca2 （SOC）通道抑制钙进入T细胞，并随后损害细胞增殖和细胞因子产生。然而，这种去极化似乎会诱导电压依赖性Ca2 通道（VDCC）开放，从而在体外促进感染弓形虫的DC中的Ca2 内流和迁移活性。与GABAA受体偶联的Ca2 或其他离子通道的表达和功能在不同的免疫细胞亚群中可能不同，从而调节膜电位以诱导或抑制钙进入。 GABAB受体属于G蛋白偶联受体家族，它们由两个亚基——R1和R2组成。GABA与R1相互作用，触发G蛋白从R2细胞质区解离。而解离的Gαi/o亚基调节腺苷酸环化酶以减少或增强cAMP，Gβγ亚基调节小鼠和人类神经元和星形胶质细胞内Ca2 或K 的流入或流出。在外周，GABA–GABAB受体信号传导已显示可诱导线粒体内Ca2 超载，促进棕色脂肪细胞功能障碍，并支持小鼠造血干细胞和祖细胞的增殖。GABAB受体激动剂巴氯芬抑制肝癌细胞Bel-7402和Huh-7的增殖，而它可能通过上皮生长因子信号传导和随后的ERK1/2激活促进肿瘤细胞的迁移和侵袭。最近，GABAB受体激活被证明可以抑制糖原合成酶激酶3β（GSK-3β）活性，从而阻止GSK-3α介导的癌蛋白β-连环蛋白的蛋白酶体降解，进而支持小鼠Lewis肺癌LLC和结肠癌MC38细胞的生长。然而，GABAB受体与GSK-3β之间的信号传导需要进一步研究。 兴奋性神经递质多巴胺被人类T滤泡辅助细胞（TFH）储存在致密的核心颗粒中，其释放可通过多巴胺受体D1（DRD1）的作用促进细胞内诱导型T细胞共刺激配体（ICOSL）易位到同源GC B细胞的细胞表面。多巴胺受体D1–D5根据其激活状态在外周免疫细胞亚群上广泛表达。在从小鼠、大鼠或人类分离的多种类型的免疫细胞中，这些受体以cAMP依赖或非依赖的方式与信号通路功能性连接。与多巴胺受体相反，我们对多巴胺转运体（DAT）及其与免疫细胞功能的相关性知之甚少。与野生型对照相比，DAT缺陷（Slc6a3−/−）小鼠在体外表现出NK细胞活性降低，但LPS刺激的巨噬细胞细胞因子产生增强。此外，在人淋巴细胞、巨噬细胞和单核细胞也表达DAT。研究表明，DAT 单核细胞在帕金森病患者的血液中比健康人更多。尽管多巴胺能系统被提出调节先天和适应性免疫反应，但关于这种代谢产物在免疫系统中的来源和功能，仍有很多有待探索。ACh是副交感神经系统的主要神经递质，由循环的大鼠淋巴细胞和人单核白细胞储存和释放。在小鼠中，通过电模块刺激迷走神经释放的乙酰胆碱有助于抑制TNF-α的分泌，这一机制需要通过尼古丁乙酰胆碱受体α7 (nAcRα7)发出乙酰胆碱信号。然而，乙酰胆碱在缺乏胆碱能纤维的组织(如脾脏)中的来源仍不清楚。后来在小鼠中进行的一项研究表明，具有记忆表型的CD4 T细胞在脾神经刺激肾上腺素能受体时分泌ACh。这些记忆CD4 T细胞表达胆碱乙酰转移酶(ChAT)，它催化胆碱和乙酰辅酶a合成乙酰胆碱。T细胞来源的乙酰胆酸被认为可以通过作用于表达nAcRα7的巨噬细胞来抑制先天炎症反应。然而，这两个细胞子集之间的直接相互作用仍有待证实。ACh在宿主防御肠道病原体中发挥重要作用，然而，是否需要神经或免疫乙酰胆碱来源尚不清楚。T细胞中ChAT特异性缺失的小鼠容易感染鼠柠檬酸杆菌，表现出炎性细胞因子如IL-1β、IL-6或TNF-α的表达增加。尽管T细胞ChAT敲除(KO)小鼠中存在这种促炎细胞因子，但感染后肠上皮细胞中保护性诱导型一氧化氮合酶(Nos2)的表达降低，提示当T细胞不能产生ACh时，黏膜屏障上的免疫细胞和非免疫细胞之间的相互作用就被破坏了。最近，B细胞被确定为小鼠骨髓中乙酰胆碱的主要来源，其中支持正常造血的nAcRα7 内皮和间充质间质细胞可能受到乙酰胆碱的潜在调节。在动脉粥样硬化和心肌梗死模型中，特异性敲除B细胞中乙酰胆酸的小鼠疾病加重，提示B细胞来源的乙酰胆酸在限制炎症事件方面可能具有保护作用。乙酰胆碱通常装载在囊泡性乙酰胆碱转运体(VAChT)中，该转运体负责胆碱能神经末梢分泌乙酰胆碱。因此，与ChAT阴性B细胞相比，表达ChAT的B细胞含有更多的小泡，这些小泡的大小和形状与神经元中观察到的相似。这些囊泡是如何在B细胞中组装的，以及它们是否是免疫细胞释放乙酰胆碱的一个重要模式，仍是未知的。鉴于VAChT在淋巴细胞中的表达有时存在矛盾的发现，免疫系统中控制乙酰胆碱外流的机制有待进一步研究。总之，神经递质也由免疫细胞(SIMets)产生和分泌，并可能发挥重要的调节作用。此外，一系列代谢辅助分子，如酶、转运体和免疫细胞群中受体的表达似乎促进了此类SIMets的生成和功能。ATP及其分解产物腺苷是弥散性代谢物，在神经元分泌囊泡和突触间隙以及许多外周组织中普遍存在。这两种代谢物都与不同的细胞类型有关，它们分别激活和调节免疫功能。这两种相关化合物之间的平衡很可能在免疫微环境的许多层面上受到严格控制。一方面，这可能是通过它们被各种细胞释放和吸收的速度发生的;另一方面，通过调节相关的分解代谢酶和感觉受体的表达。中性粒细胞是最早被报道分泌核苷酸ATP的免疫细胞类型之一，ATP可被细胞表面外泌酶CD39和CD73转化为5'AMP和腺苷。中性粒细胞衍生的ATP和下游的腺苷信号通过P2Y2核苷酸受体和A3型腺苷受体发挥作用。小鼠多形核白细胞上表达的连接蛋白43 (Cx43)半通道可将ATP释放到细胞外空间。中性粒细胞如何输出腺苷仍有待研究，一项研究提出核苷转运蛋白可能参与这一过程。适应性免疫细胞如B和T细胞也会释放ATP并产生腺苷。在小鼠中，激活的T细胞通过泛连接蛋白-1半通道释放的ATP以自分泌的方式促进这些细胞的增殖和效应器功能。目前，据我们所知，还没有确定仅来源于中性粒细胞的细胞外核苷酸或核苷对其他免疫细胞室的确切影响。然而，这些代谢产物是细胞通信网络的重要组成部分。对这两种代谢产物敏感的信号通路都与系统免疫的相反影响有关。ATP-P2X受体阻断可以减轻糖尿病和炎症性肠病（IBD）小鼠模型中的炎症反应并减少组织损伤，这些发现支持ATP在慢性炎症性疾病（如IBD）中的促炎作用。相比之下，腺苷可能是一种抗炎代谢产物，可以抑制过度免疫激活导致的细胞损伤，如各种自身免疫疾病或IBD小鼠模型中所报道的那样。与传统的静息T细胞和效应T细胞不同，小鼠和人类中的CD25 或FoxP3 Tregs表达了大量的CD39和CD73，这是一种膜结合酶，负责通过细胞外ATP的连续水解产生细胞外腺苷。实验证据表明，改变微环境中这些相反的ATP和腺苷代谢信号的平衡可能对Treg细胞的功能十分重要。具体来说，来自CD39 KO (Entpd1−/−)或CD73 KO (Nt5e−/−)小鼠的Treg细胞无法抑制NK细胞介导的抗肿瘤细胞毒性反应或预防移植物抗宿主病。B细胞也能大量表达CD39和CD73，活化的人B细胞产生的腺苷可能参与活化的T细胞抑制。此外，在某些情况下，大量的腺苷与生理效应有关。例如，在败血症的小鼠模型中，B细胞被认为是全身腺苷的重要来源，CD39表达升高的胞浆细胞数量增加，通过泛连接蛋白-1释放ATP，进而产生腺苷。该群体还通过A2A受体促进巨噬细胞IL-10的产生，导致细菌杀伤活性受损。总之，尽管一些信号传递关系尚不清楚，但大量证据支持核苷酸介导的免疫相互作用网络的存在，这可能是治疗自身免疫疾病、感染或癌症的理想治疗靶点。组胺是一种由组氨酸通过组氨酸脱羧酶(HDC)酶介导的脱羧反应合成的单胺，是一种作用于多个突触后受体的神经调节剂。它也是外周组织中的一种激素，对小鼠和人的免疫系统有充分的影响。肥大细胞具有向周围环境分泌大量代谢物的能力，其独特的颗粒是具有生物活性的组胺的主要细胞来源之一。在过敏刺激下，肥大细胞颗粒通过胞吐释放组胺，并影响多种细胞类型，包括上皮和内皮细胞、血管平滑肌和各种免疫细胞。在特应性皮炎、过敏性鼻炎和过敏性哮喘中，组胺可引发血管扩张、支气管收缩和炎症。除了过敏性疾病外，肥大细胞和组胺也可能影响肿瘤微环境，尽管相反的研究表明，组胺受体亚型的复杂表达模式可以极大地影响免疫结果。例如，通过敲除小鼠的HDC酶(HDC−/−)来操纵组胺合成，导致CD11b Ly6G 骨髓来源的抑制细胞(MDSCs)的积累，并促进结肠癌和皮肤癌的发生。此外，全身给药二盐酸组胺可抑制MDSC介导的免疫抑制，增强小鼠抗PD-1和PD-L1治疗的抗癌效果。然而，小鼠中单个组胺受体H1 (HRH1−/−)的遗传突变具有相反的效果，它可以限制免疫抑制肿瘤相关巨噬细胞(TAM)活性，并激活乳腺癌和黑色素瘤模型中的抗肿瘤CD8 T细胞毒性反应。在上述的许多研究中，组胺的细胞来源并没有被描述，并且，正如这里描述的许多代谢物信号系统一样，专注于特定酶的细胞类型特异性基因突变的研究是有必要的，以解开组胺复杂的假定免疫功能。综上所述，我们认为SIMets相关成分的广谱表达可能反映了免疫系统中广泛的表型和功能多样性(图1)。
图1 小鼠和/或人体内通过分泌免疫代谢物(SIMets)的免疫细胞-细胞相互作用SIMets形成一个通讯网络，调节与局部免疫细胞和基质细胞的相互作用。肥大细胞释放的组胺(Hist)在过敏性疾病中诱导血管扩张和支气管收缩，也可能有助于通过小鼠不同亚型的组胺受体抑制肿瘤部位的促炎巨噬细胞和髓源性抑制细胞(MDSCs)的功能。经刺激后，人巨噬细胞可分泌kynurenine (Kyn)转运到T细胞中，并作为免疫调节代谢物激活T细胞中的芳基烃受体(AhR)信号。此外，MDSCs衍生的甲基乙二醛(MGO)也可以进入人类CD8 T细胞，并通过精氨酸的糖基化抑制其细胞活性。中性粒细胞释放ATP, ATP随后被CD39和CD73水解成腺苷(Ade)，细胞外ATP和Ade通过小鼠的嘌呤能受体和腺苷受体以自分泌方式放大趋化信号。T细胞可在人或小鼠体内分泌多巴胺(Dop)和ATP。浆细胞产生的Ade抑制小鼠巨噬细胞的细菌吞噬活性。B细胞来源的GABA在小鼠和人类中部分通过GABAA受体信号作用，抑制单核细胞分化为促炎巨噬细胞，此外，T细胞衍生的乙酰胆碱(ACh)也可能对巨噬细胞介导的炎症有抑制作用。ACh也可从B系细胞中释放以限制小鼠的造血。除了这种受体介导的代谢产物传感途径之外，其他许多因素可能不容易通过基因和蛋白质组学测量来观察到。在许多SIMets介导的信号网络中，供体和受体细胞都表达同源降解酶或再摄取转运蛋白。因此，在两种细胞类型之间的作用期间SIMets的局部动力学调节可能非常复杂。此外，SIMets可能具有影响免疫细胞功能的细胞内生物活性，也可以作为进入和放大代谢途径的底物或细胞内传感蛋白。除了供体细胞合成和释放代谢产物以及对同源受体的作用之外，我们认为供体和受体细胞中至少有两个其他协调系统决定了局部SIMets对免疫细胞的全局影响（图2）。一种是SIMets终止，这是一种分解系统，在该系统中，细胞外SIMets的浓度和由此产生的表面受体信号的效力会因SIMets分解成较弱的分解代谢物或被摄入细胞而降低。另一种是SIMets利用，将细胞吸收的小代谢产物同时参与到受体细胞的细胞内代谢或蛋白质生成过程。在本节中，我们将研究几种不同水平的情况，进一步了解SIMets代谢功能如何被受体信号、底物和转运蛋白调控的机制，将有助于更全面地了解SIMets如何参与免疫细胞和局部组织之间的相互作用。
图2 分泌免疫代谢物(SIMets)的流入和流出决定了它们的生物活性跨膜的动态运动控制着SIMets信号的潜能。SIMets在细胞内和细胞外间室之间的通量调节小鼠、大鼠和人的靶细胞。多巴胺(Dop)通过脱颗粒释放，这使得Dop能够激活在受体细胞(如人生发中心B细胞)上表达的多巴胺受体(DARs)。多巴胺转运体(DAT)参与了Dop的摄取，它既可以消除细胞外Dop信号，也可以作为大鼠和人类多巴胺化的底物。乙酰胆碱(ACh)由免疫细胞(如B细胞)胞吐分泌，以诱导乙酰胆碱受体(AChR)信号转导。乙酰胆碱酯酶(AChE)可降解胞外乙酰胆碱酯。γ-氨基丁酸(GABA)由小鼠和人活化的B细胞产生和分泌。GABA通过GABA受体(GABAR)信号通路调节靶细胞功能(框3)。细胞内GABA可能通过小鼠巨噬细胞和T细胞被分解代谢。Kynurenine (Kyn)和甲基乙二醛(MGO)可以在小鼠中通过SLC7A5转移到T细胞，也可以在人类中通过其他未知的机制转移到T细胞。细胞内Kyn诱导芳基烃受体(AhR)信号转导，MGO可能介导糖基化。缩写：ABAT，4-氨基丁酸氨基转移酶；ALDH5A1，醛脱氢酶；ChAT，胆碱乙酰转移酶；GABAT，GABA转运体；GAD，谷氨酸脱羧酶；GLS，谷氨酰胺酶；IDO，吲哚胺2,3-双加氧酶；α-KG，α-酮戊二酸；SSAO，氨基脲敏感性胺氧化酶；TCA，三羧酸；TH，酪氨酸羟化酶；Trp，色氨酸；Tyr，酪氨酸。降解和再摄取对分解信号作用的相对影响在各种代谢物和组织之间明显不同。在中枢神经系统中，乙酰胆碱酯酶(AChE)对乙酰胆碱的降解限制了乙酰胆碱在突触间隙中的作用，而单胺类物质，如多巴胺和氨基丁酸，则通过突触前神经元表面膜上表达的转运体再摄取，终止受体介导的神经传递。类似的信号终止系统可能也能从免疫突触中消除SIMets。然而，在人血单个核白细胞中已经检测到AChE，并且在多发性硬化症的实验性自身免疫性脑脊髓炎(EAE)小鼠模型中，AChE拮抗剂被证明可以抑制促炎细胞因子的分泌并缓解炎症特征。尽管乙酰胆碱酯酶活性在单个免疫细胞类型中的生理作用尚不清楚，但淋巴细胞是主要的乙酰胆碱酯产生细胞。研究者在人类血液淋巴细胞中检测到合成酶ChAT和降解酶AChE的活性，表明特定活化和分化状态的淋巴细胞可能启动和终止ACh下游的局部信号，尽管这需要进一步研究。通过转运蛋白的代谢产物吸收在多大程度上通过SIMets从细胞外环境中消除来调节细胞通信，这在很大程度上仍然是未知的。有限数量的研究提供了一些证据，表明再摄取转运体，如DAT和GAT（在神经突触信号转导率的背景下进行了广泛研究），也可能将细胞外多巴胺和GABA泵入免疫细胞的胞浆。例如，追踪人类淋巴细胞中同位素标记的多巴胺表明，多巴胺的摄取遵循米氏动力学，呈温度、钠和氯化物依赖性。此外，这种摄取被可卡因阻断，可卡因是一种体外竞争性DAT抑制剂。目前还不清楚多巴胺内流在淋巴细胞活化状态之间如何不同，或者这种吸收如何影响附近其他免疫细胞的行为，但淋巴细胞中DAT肯定具有潜在的生理功能。GABA的流量可能更难解析，因为受体和转运蛋白的网络非常复杂。目前，GAT包括三种类型：GAT1（SLC6A1）、GAT2（SLC6A13）和GAT3（SLC6A11），在人体组织中共同转运蛋白，包括甜菜碱/GGABA[BGT1（SLC6 A12）]、牛磺酸/GABA[TAUT（SLC6A6）]或肌酐/GABA[CT1（SLC6A8）]。研究者在小鼠中GAT1和GAT2 GATs的种系敲除中观察到T细胞和巨噬细胞功能的整体差异，但由于细胞途径中跨膜转运的破坏，改变细胞内和细胞外GABA浓度的影响仍不清楚。另一项研究显示，在从GAT2 KO小鼠分离的17型T辅助细胞（Th17）的体外分化过程中，细胞外GABA浓度升高，细胞内GABA浓度降低，表明不同的GAT分布可以介导特定免疫细胞亚群中GABA的摄取。然而，总的来说，控制SIMets流量的机制在很大程度上仍然未知，需要开发一种在免疫细胞通信环境中实时监测SIMets的策略，以帮助解决这个问题。我们假设SIMets的转运不仅干扰其通过细胞膜结合受体的信号传导效应，而且在某些情况下，还可能通过将其输送到靶细胞后与细胞内传感器的相互作用引发级联反应。许多典型的蛋白质生成配体与细胞外受体相互作用，并通过受体连接蛋白磷酸化等机制将信号传递到远处的细胞位点。然而，小分子如营养素通常被吸收到细胞质中，并可能在远离细胞膜的地方引发信号事件。在下文中，我们讨论了SIMets在细胞质、细胞核、线粒体和其他细胞器中触发细胞内代谢变化和信号级联的可能性。虽然GABA可以通过专用受体网络发出信号来影响细胞行为，但它也被吸收到细胞质中，在细胞质中它可以通过进入各种生化途径来影响细胞的行为。细胞内GABA通过一种被称为GABA旁路的途径供给线粒体的能量需求，这种途径在细菌、植物和脊椎动物中是保守的。在这一途径中，γ-氨基丁酸转氨酶（ABAT）降解GABA形成琥珀半醛，琥珀半醛被琥珀半醛脱氢酶氧化并转化为琥珀酸，然后进入线粒体中的TCA循环。研究者在体内使用ABAT抑制剂的研究中首次评估了外周免疫反应中的GABA分流，发现阻断ABAT可减少EAE小鼠的炎症和持续瘫痪。当GABA降解被阻止，从而增加抗原呈递细胞中的GABA能活性时，这种自身免疫环境中的炎症反应被有效减弱。后来，另一项研究也发现，巨噬细胞的免疫调节特性可以通过ABAT抑制剂介导的GABA分流阻断来增强，GABA分流衍生的琥珀酸盐支持沙门氏菌感染小鼠产生IL-1β。因此，GABA分流可以通过分解GABA来调节炎症，从而限制GABA能调节信号，也可以通过下游代谢产物（如琥珀酸）启动促炎症过程。最近一项研究的证据证实了这一关系，突出了GABA分流在T细胞中的生物能量作用。小鼠T细胞特异性ABAT缺失抑制了体外促炎性Th17细胞分化，减轻了小鼠EAE致病性进展。这些发现集中于免疫细胞内产生的内源性GABA，来自其他细胞的GABA对体内GABA分流通路的旁分泌影响需要进一步研究。Kynurenine和methyl gloxal是两种潜在的SIMets，对周围细胞有类似的下调影响，也来源于髓系细胞。Kynurenine由色氨酸在吲哚胺2,3-双加氧酶(IDO)或色氨酸2,3-双加氧酶(TDO)的作用下产生，是细胞内芳基烃受体(AhR)的已知配体。kynurenine与AHR结合可抑制DC免疫原性，并支持小鼠Treg细胞和耐受性髓样细胞分化。一篇报道认为，转运体SLC7A5负责kynurenine从细胞外空间流入小鼠CD4 Th17细胞，从而驱动AHR信号通路。尽管SLC7A5的表达仅限于由T细胞受体(TCR)或炎症细胞因子受体激活的T细胞，但细胞外kynurenine的来源或这种色氨酸衍生分解代谢产物的外排机制仍有待确定。髓系细胞被认为是细胞外kynurenine的来源，有人认为kynurenine有助于降低肿瘤微环境中的免疫反应。不管它的来源是什么，kynurenine抑制信号很可能通过kynurenine途径进一步分解产生其他小分子，这些小分子反过来可能启动新的细胞活动。事实上，从kynurenine衍生的NAD 和相关分子参与了许多重要的细胞过程，如线粒体氧化还原反应。因此，kynurenine作为SIMets极有可能启动或参与重要的细胞内过程，如能量产生。其他抑制机制可能涉及甲基乙二醛的产生和释放。代谢图谱显示，人类MDSCs积累甲基乙二醛，一种由氨基丙酮合成的二羰基化合物，由一种对缩氨基肼敏感的胺氧化酶合成。与kynurenine一样，甲基乙二醛在癌症中可能具有免疫调节作用。例如，从MDSCs中提取的甲基乙二醛被证明可以在体外转移到局部的CD8 T细胞，在那里它似乎通过甲基乙二醛介导的精氨酸糖基化抑制抗肿瘤细胞毒性功能。细胞内游离精氨酸的有效消耗减少了细胞毒性CD8 T细胞中效应功能的获得，从而支持了以下发现:在各种小鼠模型中，精氨酸的增加对肿瘤浸润T细胞的增殖和代谢适应性至关重要。这些研究表明，干预生物活性代谢物从一个免疫细胞转移到另一个免疫细胞可能有助于开发抗癌疗法新的靶点，这就强调了理解SIMets在细胞间动态运动的重要性。这两种潜在的作用和细胞来源之间的相似性表明，进化可能驱动了多种冗余代谢调节通路的发展，以实现重要功能，如通过抗炎髓细胞解决活跃的T细胞介导的免疫反应。许多小分子可以与蛋白质结合并修饰蛋白质。例如，通过质谱分析，HEK293细胞系中的组蛋白被甲基乙二醛修饰后大量标记，提示这种糖酵解副产物可能通过翻译后修饰(PTMs)调节靶细胞的功能。此外，乙二醛酶将甲基乙二醛转化为s -乳酰谷胱甘肽和乳酸，这一途径中的三种线性代谢物都可以用来修饰蛋白质，产生糖基化或乳酸化，因此提示糖酵解和乙二醛酶系统在PTMs中具有重要作用。此外，神经递质介导的PTMs也已被发现，血清素、多巴胺和组胺可在谷氨酰胺转胺酶介导的酰胺化反应中修饰组蛋白。另外，小分子还会在不同的细胞区隔中与蛋白质发生物理上的相互作用，以微调细胞反应。例如，我们最近发现亚细胺除了作为真核翻译起始因子5A (eIF5A) 羟腐胺赖氨酸作用的底物外，还有一种新的细胞内功能。具体来说，亚精胺直接结合线粒体三功能蛋白(MTP)，增强其与FAO相关的酶活性，从而提高小鼠抗肿瘤CD8 T细胞应答。此外，一些氨基酸传感器监测细胞营养物质的浓度，并传输信号来调节细胞生长和代谢。这一过程与雷帕霉素(mTOR)在溶酶体表面的哺乳动物靶点活性调节高度相关。在HEK-293T细胞中，溶酶体以相当高的浓度储存和产生各种代谢物，这表明，除了线粒体和细胞核，溶酶体也是SIMets可能调节生物过程的潜在场所。因此，确定SIMets驱动的PTM或蛋白质结合引起的构象变化如何影响细胞功能，对于揭示短期和长期形成免疫细胞-细胞相互作用的新的基本机制至关重要。免疫生物学的许多基本方面很可能在转录后和翻译后水平受到免疫衍生代谢产物的控制，揭示这种调节机制的细节可以有助于发现新的推定靶点，以及保持健康和长寿。先前的累积证据支持免疫细胞释放的生物活性代谢物在局部生态位内构建复杂的交互网络，以协调和微调免疫反应的概念。尽管如此，我们目前的理解很可能只是触及了小代谢物将重要细胞信号从一个细胞传递到另一个细胞，或从细胞内的一个细胞室传递到另一个细胞室的巨大潜力。传递这种信号的相互作用网络，包括同源的外部和细胞内受体、活性SIMets在质膜上的流动以及与细胞内代谢过程的整合，非常复杂。微生物群和饮食也在调节血液和组织中代谢产物的浓度方面发挥重要作用，特别是可以由哺乳动物细胞合成的代谢产物。生物信息学家、生物化学和免疫学之间的跨学科合作对于促进我们对SIMets和免疫细胞在该领域的相互作用的理解至关重要。当前方法的局限性也可能会留下大量未知的研究领域。因此，将生化传感技术应用于免疫样本也可以拓宽我们对SIMets及其调控的认识。迄今为止，对免疫细胞进行的大多数分析研究仅限于少量水溶性代谢物，尽管许多水不溶性代谢物也可能在调节免疫细胞可塑性和功能方面发挥重要作用。目前，我们在脂质检测方面取得了很大进展，分析方法越来越能够包括具有不同饱和度和链长的丰富脂质亚类。然而，这些亚类的生物学功能在很大程度上是未知的。剖析生物活性代谢物作用的机制途径可能有助于寻找对临床应用有价值的靶点。最后，随着先进的技术和对保守生化途径的进化优势的深入理解，我们可能会获得对生物学更全面和更综合的认识。https://pubmed.ncbi.nlm./36347788/
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