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衣康酸（itaconate）是免疫過程中代謝重編后的最好例子之一。它是由三羧酸循環(huán)(TCA循環(huán))中的順勢烏頭酸（cis-aconitate）在巨噬細胞中合成的，巨噬細胞被多種因素激活，尤其是脂多糖(LPS)，以及其他Toll樣受體(TLR)配體和細胞因子，如I型和II型干擾素[1-4]，這些刺激增加了烏頭酸脫羧酶1 (ACOD1;也被稱為CAD)，最初叫免疫響應基因1蛋白質(zhì)(IRG1)，順式烏頭酸從TCA循環(huán)中轉(zhuǎn)移，重新調(diào)整其用途以產(chǎn)生衣康酸（圖1）。目前的研究表明，衣康酸是一種重要的免疫代謝產(chǎn)物，對免疫、宿主防御和腫瘤發(fā)生具有深遠的影響。
IRG1已被證明定位于線粒體[5]，這是巨噬細胞活化過程中活躍的代謝重構(gòu)位點。在促炎觸發(fā)后，巨噬細胞向糖酵解表型轉(zhuǎn)變，而線粒體功能則隨著耗氧量的降低而下降[6]。線粒體功能障礙是TCA循環(huán)中兩個斷點的結(jié)果，這兩個斷點使線粒體功能喪失[7]。突變點與琥珀酸（succinate）的積累[8]和通過異檸檬酸（isocitrate）脫氫酶阻斷代謝通量有關(guān)[7]。通過琥珀酸脫氫合酶（SDH）進行的琥珀酸氧化可以在復合物I處進行反向電子輸運，從而驅(qū)動活性氧物質(zhì)（ROS）的生成以促進缺氧誘導因子1α(HIF1α)和IL-1β的生成[8]。IRG1介導的衣康酸積累在巨噬細胞的促炎性激活過程中引起琥珀酸積累[9-10]。衣康酸能直接抑制來源于原代巨噬細胞的SDH的酶活性。衣康酸直接抑制SDH的能力來源于其與琥珀酸的結(jié)構(gòu)相似性（圖2），衣康酸和經(jīng)典的SDH抑制劑丙二酸（malonate），可以競爭性地阻斷SDH活性位點[11]。
衣康酸鹽抑制SDH的能力是衣康酸鹽的一個顯著的代謝調(diào)節(jié)特征，表明衣康酸鹽在缺乏IRG1的巨噬細胞中的免疫調(diào)節(jié)作用可能部分歸因于這種抑制作用。
NRF 2最初被認為是氧化應激的傳感器，它被一種叫做Kelch-like ECH相關(guān)蛋白1（Keap1）的蛋白質(zhì)所控制，這種蛋白質(zhì)以NRF 2為靶點，用于蛋白質(zhì)體降解[12]。然而，在氧化應激反應中，KEAP1被滅活，NRF2被釋放，誘導大量NRF2依賴基因的轉(zhuǎn)錄。由此產(chǎn)生的基因產(chǎn)物在很大程度上保護了應激誘導的細胞死亡，特別是氧化應激的細胞毒性作用。NRF2被認為是感染和炎癥過程中損傷的關(guān)鍵控制因子[13]。這種控制的發(fā)生是因為它能夠增加編碼酶的基因的表達，如血紅素加氧酶1和參與合成谷胱甘肽（glutathione）的酶，谷胱甘肽是防止細胞氧化應激的主要保護劑。
這些發(fā)現(xiàn)使NRF2成為一種新的抗炎方法的有吸引力的靶點。衣康酸的兩個衍生物，2-甲基衣康酸和4-辛基衣康酸均具有細胞滲透性，能激活NRF2并在巨噬細胞中驅(qū)動NRF2依賴性基因表達[14-15]。衣康酸激活NRF2除了誘導NRF2依賴基因外，還會產(chǎn)生下游效應。衣康酸抑制IL-1β誘導的能力包括抑制SDH（如上所述），但也在一定程度上涉及Nrf2的激活[15]。這可能是由于NRF2直接抑制IL1B基因轉(zhuǎn)錄，也可能是通過誘導抗氧化劑（如谷胱甘肽）產(chǎn)生的，谷胱甘肽會限制ROS，這已被證明是誘導IL-1β所必需的[16]。
因此，總的來說，衣康酸對NRF2的作用將通過誘導抗炎基因(如編碼血氧合酶1的基因)來控制炎癥，這些基因通過升高的谷胱甘肽來限制ROS的炎癥作用，也可能直接阻斷促炎基因的轉(zhuǎn)錄。圖3描述了衣康酸作為半胱氨酸（cysteine）修飾劑在靶蛋白上的作用，這些修飾可能導致免疫功能的改變。
圖3. 衣康酸可修飾蛋白質(zhì)以引起抗炎作用.
作為一種α，β-不飽和羧酸，衣康酸有一個經(jīng)典的親電骨架，允許它接受來自被稱為親核細胞的潛在相互作用伙伴的電子對。在細胞環(huán)境中，親電化合物通常以含有巰基（–SH）基團的蛋白質(zhì)為目標，從而誘導親電應激反應（ESR）。谷胱甘肽是細胞中最普遍存在的分子之一，它通過中和細胞中多余的親電體，然后分泌谷胱甘肽親電加合物，提供了對抗親電應激的第一線防御。例如，直接質(zhì)譜測定表明，內(nèi)源性衣康酸與谷胱甘肽形成加合物[14]。ESR通常由KEAP1通過其反應性半胱氨酸殘基檢測到，使其類似于氧化應激反應。雖然KEAP1-NRF2被認為是ESRs的主要調(diào)控因子，但幾個KEAP1獨立或NRF2獨立的通路也被親電應激觸發(fā):熱休克反應、自噬溶酶體通路和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激反應[17]。這些途徑受許多調(diào)節(jié)因子控制，包括ATF3、AF4、p62和熱休克因子蛋白1[17]。因此，ESR是由這些途徑的激活程度來定義的，幾乎每個親電分子在激活ESR成分時都有一個獨特的足跡。
衣康酸及其衍生物為研究ESR譜提供了獨特的機會。在缺乏IRG1的巨噬細胞中的實驗表明，內(nèi)源性衣康酸除了NRF2激活外，還可以誘導ATf3蛋白和ATf3驅(qū)動的應激反應[14]。ATF3是一種免疫激活的全球性負調(diào)節(jié)因子，可以調(diào)節(jié)IL-6等細胞因子[18]，也是與線粒體應激相關(guān)的主要調(diào)節(jié)因子[19]，在代謝紊亂和炎癥信號之間提供了額外的聯(lián)系。
最近研究表明，NRF2可抑制干擾素基因（STING）的刺激因子，后者是病毒感染期間I型干擾素產(chǎn)生的關(guān)鍵驅(qū)動因素，4-辛基-衣康酸可抑制STING，并抑制Ⅰ型干擾素在對STING活化劑和病毒的應答中的表達[20]。4-辛基-衣康酸的作用依賴于NRF2，因為4-辛基-衣康酸不能阻斷NRF2缺陷細胞中的STING。4-辛基-衣康酸還抑制了嬰兒期發(fā)病的被稱為STING相關(guān)血管病變的患者的成纖維細胞產(chǎn)生Ⅰ型干擾素，這些患者在編碼STING的基因第5外顯子中有功能點突變。4-辛基-衣康酸也被證明能有效地阻斷脂多糖或聚肌苷-聚胞苷酸（polyⅠ:C）誘導的Ⅰ型干擾素[15]，進一步表明Ⅰ型干擾素的產(chǎn)生可能是衣康酸一個特別重要的靶點。內(nèi)源性衣康酸參與調(diào)節(jié)干擾素信號的作用和確切機制尚待確定。衣康酸與I型干擾素的交叉點如圖4所示。
防止炎癥巨噬細胞（也稱為M2巨噬細胞）分化將增加IRG1的表達和衣康酸的產(chǎn)生[21-22]。過氧化物酶體增殖物激活受體γ（PPARγ）是脂肪生成和脂肪細胞功能的主要調(diào)節(jié)因子，已被證實參與了M2巨噬細胞的激活。PPARγ被證明是IL-4依賴基因表達所必需的，PPARγ缺乏導致IRG1表達增強[21]。有可能，去除炎癥巨噬細胞誘導的制動器（PPARγ形式）導致衣康酸的補償性增加，以恢復體內(nèi)平衡。圖5a所示的IRG1和衣康酸在M2巨噬細胞極化中的可能作用。
衣康酸在另一個巨噬細胞群——腫瘤相關(guān)巨噬細胞中的作用，被認為與M2巨噬細胞有點類似[23]。在涉及B16黑色素瘤細胞或ID8卵巢癌細胞的腹膜腫瘤中，一種無偏倚的代謝組學篩選鑒定出，衣康酸是腹膜組織駐留巨噬細胞中高度上調(diào)的代謝產(chǎn)物之一。IRG1基因的敲除顯著減少了腹腔腫瘤的發(fā)生，表明衣康酸具有促腫瘤作用。其機制似乎與衣康酸促進氧化磷酸化有關(guān)，而氧化磷酸化反過來又會增加ROS的產(chǎn)生，從而增加腫瘤的生長。圖5b顯示了腫瘤相關(guān)巨噬細胞產(chǎn)生的衣康酸作為腫瘤前代謝物的可能作用。
衣康酸可以驅(qū)動人類單核細胞的先天免疫耐受(即對炎癥刺激的反應降低)[24]。β-葡聚糖是一種真菌細胞壁成分，已知能長期上調(diào)單核細胞固有免疫功能，通過降低IRG1的表達來抵消耐受性。β-葡聚糖也增加了SDH的表達，促進氧化磷酸化。重要的是，編碼IRG1和SDH的基因多態(tài)性被描述為調(diào)節(jié)耐受性的誘導。衣康酸在巨噬細胞免疫麻痹中的作用如圖5c所示。
對于一種在19世紀首次被描述，然后在哺乳動物系統(tǒng)中被忽視的代謝物，過去幾年里，人們對衣康酸的興趣有了顯著的提高。對衣康酸免疫作用的研究已經(jīng)表明了治療多種疾病的可能性。以SDH為中心和親電方式的衣康酸作用均表明衣康酸具有明顯的抗炎活性。衣康酸或其衍生物修飾多種炎癥蛋白，包括NRF2和ATF3，表明衣康酸在多種疾病中可能具有治療潛力。其與腫瘤生長、M2巨噬細胞功能、免疫麻痹的聯(lián)系，都為進一步分析衣康酸在健康和疾病中的作用提供了誘人的前景。
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