FNDC4作为巨噬细胞的抗炎因子改善结肠炎

作者：郭鸿飞 北京积水潭医院

FNDC4是一种分泌因子，与运动相关肌因子伊里素（FNDC5）具有高度同源性。在这里，我们报道了Fndc4在几种小鼠炎症模型中以及在人类炎症条件下均显著上调。具体而言，炎症性肠病患者肠道炎症部位的FNDC4水平局部升高。有趣的是，与注射对照蛋白的小鼠相比，在诱导性结肠炎的小鼠模型中施用重组FNDC4显著降低了疾病的严重程度。相反，缺乏Fndc4的小鼠会发生更严重的结肠炎。对FNDC4与不同免疫细胞类型的结合的分析表明，FNDC4对巨噬细胞和单核细胞具有强烈的特异性结合。体外FNDC4治疗骨髓源性巨噬细胞可减少吞噬作用、增加细胞存活率和减少促炎性趋化因子表达。因此，FNDC4治疗导致巨噬细胞活性降低，同时提高其存活率。因此，我们将FNDC4定性为在炎症性肠病和可能的其他炎症性疾病中具有直接治疗潜力的因子。

克罗恩病和溃疡性结肠炎是炎症性肠病（IBD）的两种主要形式，其发病率和患病率在全球范围内呈上升趋势。IBD的特征是暴露于环境因素的遗传易感个体的胃肠道炎症。发病机制的标志是肠内免疫功能过度活跃和失调，巨噬细胞在其中发挥着核心作用。治疗的可能性有限，往往以潜在严重副作用为代价。因此，进一步了解分子病理学和开发新的治疗方法是非常必要的。

我们描述了一种新的分泌因子FNDC4，它是纤连蛋白III型结构域家族的成员。该蛋白家族由五种蛋白（FNDC1-5）组成，其中FNDC4与FNDC5的同源性最强。FNDC5/irisin最近被鉴定为运动诱导的分泌因子，靶向脂肪组织，以诱导棕色脂肪形成和能量消耗。虹彩素通过其前体、1型膜蛋白FNDC5的裂解从骨骼肌中释放，以响应运动。结论性数据显示，虹膜蛋白在人体内循环，其浓度为激素的典型浓度。虹膜蛋白是一种可溶性多肽，主要由一个纤连蛋白III型结构域组成。在含有纤连蛋白III型结构域的蛋白质成员中，这种结构域结构仅见于一个额外的基因：Fndc4（也称为Frcp1）。FNDC4蛋白在功能性胞外结构域中与FNDC5具有57%的氨基酸同一性。与Fndc5一样，Fndc4高度保守（不包括信号肽，人Fndc4与小鼠Fndc4100%同源）。Fndc4在肝脏和大脑中表达最高，但在许多其他组织中表达较低，包括心脏、骨骼肌和脂肪组织。

观察到Fndc4，而不是Fndc5，在炎症状态下受到强烈调节，这使我们研究了其在免疫调节中的潜在作用。在IBD小鼠模型中，我们发现给予FNDC4可降低炎症和疾病严重程度，这表明FNDC4可能具有治疗潜力。FNDC4与一个关键炎症细胞结合并诱导其信号传导；巨噬细胞。有趣的是，FNDC4从根本上改变了巨噬细胞的激活状态，这对巨噬细胞功能有重要影响。

鉴于其与FNDC5的相似性，我们研究了FNDC4是否被切割以释放类似于FNDC5加工的分泌部分。为此，合成了N端FLAG标记和C端Myc标记的FNDC4构建体。在HEK293细胞中过表达构建体后，当使用western blot探测N-末端FLAG标签时，在细胞和培养基中都鉴定出清晰的FLAG阳性蛋白带。然而，针对Myc的探测仅在细胞部分产生了可检测的条带。因此，根据FNDC5/irisin的释放机制，FNDC4的N端部分从细胞中释放。重要的是，与细胞版本相比，介质部分中的带的MW降低，这意味着分裂版本。因此，FNDC4的N端可以被切碎以释放蛋白质的胞外部分。

在这里，我们描述了FNDC4的免疫调节特性，据我们所知，迄今为止还没有功能性报告。FNDC4治疗DSS诱导的结肠炎小鼠导致炎症减少和临床改善，提示治疗潜力。我们发现FNDC4与巨噬细胞结合并作用于巨噬细胞，从而下调促炎基因的表达。此外，FNDC4治疗对包括吞噬功能在内的关键巨噬细胞功能产生了强烈影响，这些影响部分由STAT3激活介导。重要的是，Fndc4 KO小鼠表现出结肠炎严重程度增加，提示Fndc4需要抑制结肠炎的免疫反应。

在包括DSS结肠炎和肾炎在内的几种炎症性疾病的小鼠模型中，人IBD和炎症组织中的Fndc4基因表达随炎症而上调，这表明Fndc4可能在炎症调节中发挥生理作用，可能抵消炎症（后果）。此外，我们发现TGF-β1上调Fndc4的表达，这可能解释了炎症诱导Fndc44表达的原因，以及表达Fndc4的免疫细胞浸润的增加。Fndc4在许多组织中高度表达，包括肝脏、大脑、心脏、脂肪组织和脾脏，而在巨噬细胞中几乎不表达。因此，非巨噬细胞细胞可能以旁分泌或内分泌方式向巨噬细胞发出信号。炎症性疾病中FNDC4蛋白的细胞来源将是后续研究的重要焦点。由于缺乏检测内源性FNDC4水平的可靠有效抗体，我们无法将内源性蛋白表达数据纳入本报告。然而，原位RNA杂交实验显示FNDC4在结肠上皮细胞以及淋巴聚集物中的免疫细胞亚群中表达。免疫细胞表达谱进一步支持Fndc4在几种免疫细胞亚型中的表达，包括中性粒细胞、自然杀伤细胞、树突状细胞和T细胞亚型。单核细胞也显示Fndc4表达。然而，与许多其他肽激素一样，炎症期间FNDC4的细胞来源尚未完全阐明。这需要在未来的研究中加以解决。