脂質(zhì)是必不可少的細胞成分，在細胞生物學的多個方面發(fā)揮作用斩松。理論上伶唯，脂質(zhì)大約有10萬種，其中細胞內(nèi)存在數(shù)千種化學性質(zhì)不同的脂質(zhì)種類惧盹。脂質(zhì)的各種生物物理特性使膜能夠改變其形狀抵怎、厚度和順序。這些特性對于分裂岭参、融合、出芽尝艘、成管和脂筏的形成是必不可少的演侯。脂質(zhì)還具有多種生化作用，包括參與翻譯后修飾(如肉豆蔻化背亥、棕櫚趺爰剩化)，作為能量代謝和產(chǎn)熱的底物等狡汉。雖然在脂質(zhì)結構多樣性和確定特定脂質(zhì)功能方面取得了重大進展娄徊，但目前對脂質(zhì)多樣性及細胞脂質(zhì)的組成差異如何影響細胞生物學以及它如何有助于細胞特異性功能的了解有限。
2024年4月澳大利亞貝克心臟和糖尿病研究所的Andrew J. Murphy盾戴、Graeme I. Lancaster研究團隊在Nature cell biology（17.3）雜志上發(fā)表題為“A lipid atlas of human and mouse immune cells provides insights into ferroptosis susceptibility”文章寄锐。該文章采用高通量靶向脂質(zhì)組學技術證明了每種免疫細胞都具有其獨特的脂質(zhì)特征，還發(fā)現(xiàn)含多不飽和脂肪酸的甘油磷脂（PUFA-PL）含量的差異是免疫細胞對鐵死亡不同易感性的基礎尖啡，并且低PUFA-PL含量可以增強活化中性粒細胞對鐵死亡的抵抗力橄仆。拜譜生物近期推出了MLT4500醫(yī)學高通量靶向脂質(zhì)組產(chǎn)品，多針檢測4500+脂質(zhì)分子衅斩，其中甘油磷脂類3100+盆顾，提供絕對定量數(shù)據(jù)和豐富的數(shù)據(jù)分析內(nèi)容。敬請咨詢畏梆！
英文標題：A lipid atlas of human and mouse immune cells provides insights into ferroptosis susceptibility
期刊：Nature cell biology
影響因子：17.3
發(fā)表時間：2024年4月
作者單位：澳大利亞貝克心臟和糖尿病研究所
研究材料：人外周血的16種成熟免疫細胞您宪、小鼠外周血的8種免疫細胞
組學技術：靶向脂質(zhì)組學
一、研究思路
二奠涌、研究結果
01.人類免疫系統(tǒng)的脂質(zhì)組學細胞圖譜
為了驗證細胞脂質(zhì)組是人類免疫細胞的一個決定性特征的假設宪巨，作者從14名健康供體的外周血中分離了16個不同的成熟免疫細胞群，代表了所有主要的免疫細胞譜系及其亞群铣猩。通過超高效液相色譜與串聯(lián)質(zhì)譜聯(lián)用(UHPLC ESI-MS/MS)對其細胞脂質(zhì)進行了表征揖铜。共定量了524種脂質(zhì)，其中505種在至少兩種細胞類型之間有顯著差異达皿，屬于多個不同的脂質(zhì)類別天吓，包括二趸呒纾基、醚和乙烯基醚甘油磷脂(PLs)(磷脂酰膽堿-PC龄寞，磷脂酰絲氨酸-PS汰规，磷脂酰乙醇胺-PE，磷脂酰肌醇-PI物邑，磷脂酰甘油-PA)溜哮、鞘脂(SLs)(鞘磷脂-SM)、神經(jīng)酰胺色解、神經(jīng)節(jié)苷脂茂嗓、己糖神經(jīng)酰胺、溶血磷脂（Lyso-PLs）科阎、膽固醇（COH）述吸。在目前的研究中，作者對膜脂質(zhì)特別感興趣锣笨，因此沒有分析中性脂質(zhì)蝌矛，例如三酰甘油(TG)、二酰甘油(DG)和膽固醇酯(CE ),它們是脂滴的豐富成分错英。通過t-分布隨機鄰近嵌入(t-SNE)對整體脂質(zhì)組進行可視化入撒，證明了整體細胞脂質(zhì)組是人類免疫系統(tǒng)細胞的識別特征(圖2b)。
在骨髓細胞中SL和COH的比例較高椭岩，特別是在嗜中性粒細胞和嗜酸性粒細胞中茅逮，PL的比例相應降低(圖2c)，PLs是細胞膜中存在的最豐富的脂質(zhì)類別(圖2c )簿煌，但免疫細胞類型之間PL類別的比例差異不顯著(圖2d)氮唯。嗜中性粒細胞中PS的比例增加。與NK細胞和骨髓細胞相比姨伟，T和B淋巴細胞中PG的比例明顯更高(圖2d)惩琉。結果表明人類免疫細胞具有獨特的磷脂組成。
進一步研究發(fā)現(xiàn)骨髓細胞中PC(O)夺荒、PC(P)瞒渠、PE(O)和PE(P)的比例顯著高于淋巴細胞(圖2e、f)技扼。PE和PC中二跷榫粒基、烷基醚和烯基醚組成的這些差異是在免疫細胞類型之間觀察到的整體脂質(zhì)組差異的主要驅動因素剿吻。
PL多樣性的另一個主要驅動因素是跚瞎浚基/烷基鏈的組成，其長度通常從16到24個碳原子不等，包含0到6個雙鍵椰棘。這些差異在功能上很重要纺棺，因為它們會影響膜的生物物理和生化特性1。飽和的16:0和18:0鏈占整個PL池的很大比例(~50%)邪狞，這在免疫細胞類型之間相對一致(圖2g)祷蝌。綜上所述，PL組成的差異是人類免疫細胞脂質(zhì)組的一個決定性特征帆卓。具體來說巨朦，化學鍵的使用差異(即:酯、醚和乙烯基醚)和烷基/踅Ａ睿基鏈多樣性是免疫細胞類型之間脂質(zhì)組差異的主要驅動因素糊啡。并證明免疫細胞在激活或成熟時經(jīng)歷脂質(zhì)重塑(圖2h-l)。
02.小鼠免疫系統(tǒng)的脂質(zhì)組學細胞圖譜
為了確定在人類免疫細胞中觀察到的脂質(zhì)組學特征是否存在于鼠免疫細胞中吁津，作者構建了鼠免疫系統(tǒng)的脂質(zhì)組學圖譜悔橄。從8種不同的免疫細胞類型共檢出524種脂質(zhì)，400種在至少兩種細胞類型之間有顯著差異腺毫。使用t-SNE對不同鼠免疫細胞類型的整體脂質(zhì)組進行可視化，揭示了髓樣細胞和淋巴樣細胞之間以及髓樣細胞類型之間的明顯區(qū)別(圖3b)挣柬。
與人類免疫細胞相似潮酒，在PL、SL邪蛔、lyso-PL和膽固醇的總比例或主要PL類別的比例中沒有明顯的細胞譜系或細胞類型差異(圖3c急黎，d)。PC和PE類中二醪嗟剑基-PC/PE勃教、醚PC(O)/PE(O)和乙烯基醚PC(P)/PE(P)的比例變化與在同等人類免疫細胞中觀察到的變化一致(圖3e、f)匠抗。因此故源，在細胞類型(主要是髓樣與淋巴樣)之間利用不同的sn1化學鍵(酯、醚汞贸、乙烯基醚鍵)是人類和小鼠免疫系統(tǒng)的保守特征绳军。
接下來，作者研究了小鼠免疫細胞之間整體PL烷基/跏改澹基組成的多樣性门驾。雖然在特定細胞類型之間存在許多顯著差異，但沒有觀察到明顯的譜系差異(圖3g)多柑，但22:6除外奶是，骨髓細胞的比例明顯低于淋巴細胞。
對小鼠和人類免疫細胞脂質(zhì)體之間的關系進行了皮爾遜相關系數(shù)檢驗。結果表明聂沙，人和小鼠免疫細胞的總體脂質(zhì)豐度之間存在很強的相關性（中性粒細胞秆麸，r = 0.78；T 細胞逐纬，r = 0.80蛔屹；B 細胞，r = 0.83）(圖3h-j)豁生。表明免疫細胞脂質(zhì)組在小鼠和人類之間是保守的兔毒。
03.人類中性粒細胞和T細胞對鐵死亡的敏感性不同
小鼠和人免疫細胞脂質(zhì)組成的最顯著特征之一是發(fā)現(xiàn)骨髓細胞富含ether-PLs(圖2e，f和3e甸箱，f)育叁。作者評估了在骨髓細胞發(fā)育過程中ether-PLs含量的變化。結果表明中性粒細胞發(fā)育過程中的轉錄重編程可能有助于脂質(zhì)組成的改變芍殖。
免疫細胞脂質(zhì)組成的最顯著特征之一是髓樣(低)和淋巴樣(高)細胞之間PUFA比例的顯著差異豪嗽，特別是高度不飽和的20:4和22:6 PUFA。PUFA-PLs易受鐵依賴性脂質(zhì)過氧化的影響豌骏，這會導致一種被稱為鐵死亡的細胞死亡形式龟梦。結果發(fā)現(xiàn)PUFA-PLs 豐度的差異是免疫細胞易受脂質(zhì)過氧化和鐵死亡影響的主要決定因素。并且人類中性粒細胞和T細胞對鐵死亡的敏感性不同窃躲。
04.改變細胞脂質(zhì)組成會改變免疫細胞對脂質(zhì)過氧化和鐵死亡的易感性
數(shù)據(jù)表明计贰，免疫細胞的PUFA含量決定了它們對鐵死亡的易感性。作者假設改變內(nèi)源性PUFA水平會改變鐵死亡的易感性蒂窒。首先躁倒，作者給T細胞補充單不飽和脂肪酸(MUFA)油酸(OA);18:1)或PL PE(18:0/18:1)，以減少PUFA-PLs在膜中的比例洒琢。油酸酯和PE(18:0/18:1)都使T細胞PL組成向富含MUFA的方向轉變秧秉，同時降低了含有4個碳碳雙鍵的PLs的比例，例如含有20:4的PLs(圖4a,b)衰抑。重要的是象迎，補充OA和PE(18:0/18:1)都可以保護T細胞免受GPX4抑制引發(fā)的脂質(zhì)過氧化和鐵死亡(圖4c,d)。接下來呛踊，作者在中性粒細胞中添加花生四烯酸(20:4)和二十二碳六烯酸(22:6)(AA + DHA)以增加內(nèi)源性PUFA水平挖帘。AA + DHA處理降低了含1碳碳雙鍵和2碳碳雙鍵的PLs的比例，同時增加了含5恋技、8和10碳碳雙鍵的PLs的比例拇舀，例如20:4和22:6的PLs(圖4e,f)。值得注意的是蜻底，在不使用ML210治療的情況下骄崩，補充AA + DHA會導致劑量依賴性細胞死亡聘鳞，并顯著增加中性粒細胞的脂質(zhì)過氧化(圖4g,h)。這些作用在很大程度上被中性粒細胞與Fer-1共同處理而不是細胞凋亡或壞死性凋亡抑制劑逆轉要拂，表明真正的鐵死亡(圖4i,j)抠璃。總的來說脱惰，這些數(shù)據(jù)表明搏嗡，PUFA豐度的差異導致了免疫細胞對脂質(zhì)過氧化和鐵死亡的不同敏感性。
NADPH氧化酶家族的酶(NOX1-5拉一，DUOX1采盒，2)產(chǎn)生活性氧，以前曾參與調(diào)節(jié)癌細胞的鐵死亡蔚润。NOX2在中性粒細胞中高度表達磅氨。作者假設NOX2是ROS的來源，在補充AA + DHA的中性粒細胞中引發(fā)脂質(zhì)過氧化和鐵死亡嫡纠。通過進一步研究證明烦租，減少PUFA-PL含量對于靜止和活化的中性粒細胞來說都是必不可少的，以最大限度地減少由NOX2依賴性ROS產(chǎn)生驅動的脂質(zhì)過氧化和鐵死亡除盏。
三叉橱、小結
作者構建了人類和小鼠免疫細胞脂質(zhì)圖譜，檢測到超過500種脂質(zhì)者蠕，它們在宿主免疫中具有不同的作用赏迟，表明免疫細胞的脂質(zhì)組成是不同的。此外蠢棱，細胞成熟和活化改變免疫細胞脂質(zhì)組成，而關鍵的脂質(zhì)特征是在免疫細胞發(fā)育過程中獲得的甩栈。通過分析定義脂質(zhì)特性和功能的主要化學特征(例如PL頭群泻仙、酰基鏈多樣性量没、化學連接)玉转，作者已經(jīng)確定了獨特的、免疫細胞特異性的脂質(zhì)譜殴蹄，并提供證據(jù)表明這些差異具有重要的生物學功能究抓。具體來說，通過脂質(zhì)圖譜袭灯，作者發(fā)現(xiàn)PUFA-PLs豐度的差異為之前描述的T細胞對鐵死亡的易感性以及骨髓細胞(包括中性粒細胞和單核細胞)對鐵死亡的抗性提供了潛在的分子基礎刺下。
拜譜小結
許多特征定義了免疫細胞的身份，從物理參數(shù)稽荧，如細胞大小橘茉、核形態(tài)和顆粒含量，到分子特征，如轉錄組和蛋白質(zhì)表面標記的表達畅卓。重要的是擅腰，這種差異是不同免疫細胞類型獨特功能特性的基礎。實際上免疫系統(tǒng)細胞的脂質(zhì)景觀也是免疫細胞身份的一個決定性特征翁潘，并且脂質(zhì)組成的差異有助于細胞特異性功能趁冈。該研究通過基于質(zhì)譜的靶向脂質(zhì)組學技術構建了一個人類和小鼠免疫系統(tǒng)的綜合“脂質(zhì)圖譜”，并揭示脂質(zhì)圖譜是免疫細胞身份的關鍵特征以及細胞特異性脂質(zhì)表型是免疫細胞生理功能的基礎拜马。廣泛靶向代謝組學是一種整合了非靶向代謝組學“廣泛性”和靶向代謝組學“準確性”優(yōu)點的新型代謝組學檢測技術渗勘，具有高通量、高靈敏度一膨、廣覆蓋度呀邢、定性定量準確等特點。拜譜生物已經(jīng)推出了MLT4500醫(yī)學高通量靶向脂質(zhì)組產(chǎn)品豹绪，多針檢測4500+脂質(zhì)分子价淌，其中甘油磷脂類3100+，提供絕對定量數(shù)據(jù)和豐富的數(shù)據(jù)分析內(nèi)容瞒津，適用于人蝉衣、大鼠、小鼠等動物來源的樣本巷蚪，包括血液病毡、細胞、組織等樣本類型屁柏。敬請咨詢啦膜！
參考文獻：Morgan PK,Pernes G,Huynh K, et al. A lipid atlas of human and mouse immune cells provides insights into ferroptosis susceptibility. Nat Cell Biol. 2024;26 (4):645-659. doi:10.1038/s41556-024-01377-z
