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导语：为何肠道炎症与胰岛炎症之间存在联系？巨噬细胞又在这场免疫风暴中扮演了怎样的角色？我们一直在寻找解锁胰岛β细胞破坏之谜的关键。近日，一项研究为我们揭开了PAD4与巨噬细胞之间的秘密对话。
探索PAD4在1型糖尿病中的作用，开辟治疗新视角
1型糖尿病（T1D）作为一种慢性自身免疫性疾病，其全球发病率逐年上升，给患者及其家庭带来了沉重的经济和心理负担。T1D的发病机制复杂，涉及遗传、环境和免疫因素的相互作用，导致胰岛β细胞的逐渐破坏和胰岛素分泌的衰竭。尽管胰岛素替代治疗能够控制血糖水平，但长期注射不仅给患者带来不便，还可能引发低血糖和长期并发症。因此，探索T1D的发病机制并寻找新的治疗靶点，对于改善患者的生活质量和预后至关重要。
肠道炎症和肠道菌群失调被认为是触发T1D自身免疫反应的关键因素。研究表明，T1D患者和动物模型在出现高血糖症状之前，就已存在肠道屏障功能障碍和肠道炎症。然而，目前对于肠道炎症如何促进胰岛炎症和T1D进展的具体机制，尤其是巨噬细胞在其中所扮演的角色的研究仍然有限。在T1D中，巨噬细胞可能通过释放巨噬细胞外诱捕（METs）等机制，加剧肠道炎症并影响胰岛β细胞的功能。因此，深入理解巨噬细胞在T1D中的作用，可能为开发新的治疗策略提供重要线索。
2024年11月，中国药科大学吴洁教授团队在美国糖尿病协会（ADA）官方期刊Diabetes发表了一篇题为“肽基精氨酸脱亚胺酶4依赖性巨噬细胞外诱捕形成在1型糖尿病发病机制中的作用”的研究，聚焦于肽基精氨酸脱亚胺酶4（PAD4）在巨噬细胞外诱捕（METs）形成中的作用，并探讨了PAD4介导的METs如何在肠道炎症和T1D进展中发挥作用，不仅填补了既往研究中对巨噬细胞在T1D中作用机制认识的空白，还可能为开发针对PAD4或METs的新型治疗策略提供新的靶点。
解析PAD4在T1D中的作用机制，NOD小鼠模型的关键研究
本研究是一项基于NOD小鼠模型的实验研究，旨在探究PAD4在1型糖尿病发病机制中的作用，特别是其在巨噬细胞外诱捕（MET）形成中的功能。研究团队通过基因敲除（KO）PAD4或采用METs的移植，改变了肠道中促炎性T细胞的比例，并进一步观察了这些细胞向胰腺的迁移。研究中，他们结合了RNA测序和CUT&Tag分析，以发现PAD4如何转录调控CXCL10的表达。主要评价指标包括MET形成、巨噬细胞极化状态、T细胞迁移和胰岛炎症程度（图1）。
图1 研究流程
PAD4缺失减轻肠道炎症，减缓T1D进展
PAD4基因敲除对结肠炎症的缓解作用
在T1D的研究领域，肠道炎症与疾病的发展密切相关。研究发现，与野生型相比，PAD4 KO小鼠结肠中的炎症相关基因表达显著下降，其中CXCL10和IL-1β的mRNA水平显著降低。通过基因本体（Gene Ontology）分析发现，这些下调基因主要涉及防御反应和细胞反应，尤其是与干扰素-β和CXCR3趋化因子受体结合功能相关。京都基因与基因组百科全书（KEGG）分析进一步显示，这些基因在炎症相关信号通路中扮演重要角色，如肿瘤坏死因子（TNF）信号通路、细胞质DNA感应和IL-17信号通路（图2）。
注：A. 与PAD4^-/-小鼠相比，NOD小鼠结肠中的DEGs；B和C. PAD4基因敲除后结肠中显著下调基因的基因本体（GO）（B）和KEGG（C）分析；D. PAD4基因敲除后结肠中DEGs；E:与PAD4^-/- NOD小鼠相比，NOD小鼠胰腺中的DEGs；F和G. PAD4基因敲除后胰腺中显著上调基因的GO（F）和KEGG（G）分析；H. PAD4基因敲除后胰腺中DEGs。
图2 RNA-seq分析和qRT-PCR验证NOD小鼠结肠和胰腺中的DEGs
PAD4在巨噬细胞极化和MET形成中的作用
研究进一步探讨了PAD4在巨噬细胞极化和巨噬细胞外诱捕（MET）形成中的作用。结果显示，与C57/B6小鼠相比，NOD小鼠的腹腔巨噬细胞（PMs）表现出更高的PAD4表达水平和更强的MET形成能力。在离子霉素（ionomycin）的刺激下，PAD4和H3cit蛋白的表达水平在NOD小鼠中显著升高，而PAD4 KO或使用PAD4抑制剂Cl-amidine后，MET形成显著减少。此外，在高血糖环境下，PMs的PAD4和MET形成显著增加，这可能在糖尿病患者中促进MET形成。
PAD4基因敲除对胰岛功能的保护作用
除了对结肠炎症的影响，研究还发现PAD4基因敲除对胰岛功能具有保护作用。PAD4 KO小鼠的胰腺中，与蛋白折叠相关的基因Pdia4、Hspa5、Hspa8和Hsph1以及胰岛β细胞再生基因Reg3b和Reg3g显著上调。这些基因主要参与对未折叠蛋白的响应、蛋白折叠的正向调节和错误折叠蛋白的结合功能，以及内质网中的蛋白质处理途径（图2E、H）。这表明PAD4基因敲除可能通过改善蛋白的正确折叠和增强胰岛再生能力，至少在基因水平上对胰岛功能产生积极影响。
抑制CXCL10/CXCR3轴对NOD小鼠糖尿病进程的改善作用
研究表明， CXCL10/CXCR3轴在糖尿病进展中具有不可忽视的作用。通过给予CXCR3抑制剂AMG487，研究人员发现AMG487可以推迟NOD小鼠糖尿病的发病，并在一定程度上降低糖尿病的发病率。其中，与接受生理盐水的NOD小鼠相比，接受AMG487治疗的小鼠显示出改善的葡萄糖耐受性、减少的胰岛炎症和增强的胰岛功能。血清CXCL10浓度在NOD小鼠中随年龄增长而逐渐增加，在16周时达到峰值，之后略有下降但仍然高于基线水平（图3）。
注：A. 各种组织中CXCL10/CXCR3相关趋化因子和PAD4的mRNA表达水平；B. 在8、12、16和20周NOD小鼠血清中CXCL10水平的定量；C. NOD小鼠T1D发病前后结肠中CXCL10和CXCR3的mRNA表达水平。
图3 NOD小鼠T1D进展中CXCR3/CXCL10轴的表达
此外，AMG487处理的小鼠结肠炎症特征表现为相对完整的结肠绒毛和隐窝结构，黏膜层没有明显的炎症细胞浸润。这些结果表明，通过抑制MET诱导的CXCL10/CXCR3信号，可以在一定程度上缓解肠道炎症和外周组织中的促炎性T细胞，从而改善NOD小鼠的胰岛炎症。
总结
本研究深入探讨了PAD4在1型糖尿病（T1D）发病机制中的关键作用，尤其是其在巨噬细胞外诱捕（MET）形成中的功能。研究发现，PAD4基因敲除能显著减轻NOD小鼠模型中的肠道炎症，并通过减少促炎性T细胞的比例，减缓胰岛炎症的进展。此外，PAD4对巨噬细胞M1极化和MET形成至关重要，其活性的抑制或基因敲除可减少METs的形成，并降低肠道炎症及胰岛炎症。这些发现不仅增进了我们对T1D病理生理学的理解，而且为开发新的治疗策略提供了潜在的靶点。未来的研究需要进一步验证PAD4抑制剂在临床治疗T1D中的潜力，并探索其对胰岛保护和疾病缓解的长期效果。
参考文献
SHEN Y, SHI R, LU S, et al. Role of Peptidyl Arginine Deiminase 4-Dependent Macrophage Extracellular Trap Formation in Type 1 Diabetes Pathogenesis[J]. Diabetes. 2024, 73(11): 1862-1874. DOI: 10.2337/db23-1000.
