炎症性肠病（IBD）是一种慢性、复发性的胃肠道炎症疾病，其确切原因尚不清楚，但不当的免疫反应被认为在其发展中起关键作用。

2024年12月，四川大学罗有福、杨涛团队在Cell Report Medicine（IF=11.7）上发表了题为“Chemical activation of mitochondrial ClpP to modulate energy metabolism of CD4+ T cell for inflammatory bowel diseases treatment”的研究性论文。论文研究了ATP依赖性线粒体酪蛋白溶解蛋白酶P（ClpP）在IBD中的作用，发现ClpP在IBD患者和结肠炎小鼠模型的结肠组织中显著上调，尤其是在CD4+T细胞中。通过在小鼠模型中过表达或敲低ClpP，研究揭示了其在IBD发病机制中的重要作用。此外，研究还发现ClpP激动剂NCA029能选择性结合ClpP并激活其功能，显著缓解DSS诱导的急性结肠炎和白细胞介素IL-10缺失的慢性结肠炎症状。从机制的角度来说，NCA029通过抑制线粒体氧化磷酸化（OXPHOS）和调节Th17/Treg细胞间的平衡，改善肠道屏障功能，为IBD治疗提供了新的潜在策略。拜谱生物为该研究成果提供了蛋白质组学检测服务。

中文标题：线粒体ClpP的化学激活调节CD4+T细胞能量代谢治疗炎症性肠病

期刊：Cell Report Medicine

影响因子：IF=11.7 2024

客户单位：四川大学华西医院

研究材料：小鼠脾脏&CD4+T细胞

拜谱提供技术：蛋白质组学

图形摘要：

(图源：Zhang J., et al., CRM., 2024)

一、研究结果

1、异常的CIpP上调将小鼠和人类的IBD联系起来

为了评估ClpP和IBD之间的相关性，作者检测了IBD个体结肠中和小鼠模型中ClpP的表达水平。发现炎症导致结肠组织中和DSS诱导的结肠炎小鼠模型中，ClpP的表达水平显著增加，并且在单抗治疗后，ClpP水平和缓解结果相关，这些发现表明ClpP可能在IBD的发展和缓解中起重要作用。此外，ClpP表达降低加剧了结肠炎症状，相反，ClpP表达增加的小鼠对DSS刺激的耐受性增强，结肠缩短和体重减轻有所改善（图1D-1F）。组织病理学结果表明，ClpP表达降低加剧了DSS诱导的结肠损伤，而ClpP表达增加改善了组织病理学损伤（图1G）。值得注意的是，在炎症条件下，ClpP在CD4+T细胞中高度表达；因此，作者分析了ClpP表达对CD4+T细胞分化的影响，重点是Th17/Treg平衡。如图图1H和图1I所示，ClpP表达的增加对Th17和Treg细胞的数量没有影响。相反，ClpP表达的降低导致Th17细胞数量增加和Treg细胞数量减少。这表明IBD中ClpP表达的增加可能是细胞应激反应，补充ClpP可以作为IBD的治疗策略。

图1| ClpP表达与小鼠对DSS的易感性相关

(图源：Zhang J., et al., CRM., 2024)

2、NCA029减少炎症反应和修复肠道屏障，同时调节IBD小鼠的CD4+T细胞

作者之前的工作确定了化合物NCA029，对HsClpP具有高激动活性。接下来，作者使用DSS模拟应激条件并评估NCA029对CD4+T细胞的影响，发现NCA029影响CD4+T细胞凋亡和分化。通过给小鼠口服NCA029发现显著提高了结肠炎小鼠的存活率。组织学分析显示，NCA029治疗减少了DSS诱导的结肠损伤，同时保持了结肠完整性。通过16S rRNA测序以及研究了NCA029对炎症因子释放的影响，结果表明NCA029减少炎症反应和修复肠道屏障，同时调节IBD小鼠的CD4+T细胞。

此后，在体内评估NCA029对CD4+T细胞的直接影响。单克隆抗体治疗增加了结肠长度，但CD4+T细胞的重新引入阻碍了这种作用，证实了这些细胞在IBD中的作用恶化。NCA029减轻了结肠缩短，NCA029和单克隆抗体的组合被证明比单独使用抗体更有效（图2B）。在研究期间，监测小鼠体重和DAI评分。与单克隆抗体处理的小鼠相比，NCA029处理的小鼠表现出较少的体重减轻和较低的DAI评分。然而，两种治疗联合并未显著提高疗效。CD4+T细胞重新引入抑制了单克隆抗体的治疗效果，但补充NCA029减轻了体重减轻并增加了DAI评分（图2C和2D）。组织学分析显示DSS诱导的肠道损伤，单克隆抗体改善，但CD4+T细胞恶化（图2E）。NCA029不仅改善了DSS诱导的变化，还逆转了因CD4+T细胞重新引入而加剧的炎症（图2F），表明其通过在体内靶向CD4+T细胞具有抗结肠炎作用。接下来，为了确定NCA029是否通过靶向ClpP调节CD4+T细胞来影响结肠炎，用2.5% DSS处理小鼠以诱导急性结肠炎，然后以ClpP敲低重新注射CD4+T细胞（图2G）。与正常CD4+T细胞类似，ClpP缺陷型CD4+T细胞减轻了单克隆抗体对IBD的缓解，导致结肠缩短、体重减轻和DAI评分升高，表明ClpP敲低没有显着影响CD4+T细胞的生理功能。相比之下，NCA029杀死了注射的CD4+T细胞，从而缓解了炎症。尽管如此，它并没有缓解注射ClpP缺陷型CD4+T细胞加剧的炎症，导致结肠长度、体重变化和DAI评分与接受DSS治疗的小鼠相似（图2H-2J），进一步证实NCA029通过靶向CD4+T细胞中的ClpP来缓解炎症。

图2| NCA029作用于CD4+T细胞以缓解IBD症状

(图源：Zhang J., et al., CRM., 2024)

3、NCA029诱导CD4+T细胞代谢改变

为了研究CA029如何调节CD4+T细胞，作者进行了涉及DSS处理后补充NCA029的蛋白质组学分析，重点是线粒体蛋白。共鉴定出大约1400种线粒体蛋白，其中1174种蛋白在所有组中表达（图3A）。与对照组相比，DSS治疗诱导了87种差异表达蛋白，而与单独DSS相比，NCA029补充剂诱导了55种差异表达蛋白。值得注意的是，NCA029处理组和对照组之间有120种蛋白质存在差异，与体内治疗结果一致。所有组中91种蛋白的共同差异表达表明它们参与了NCA029对抗IBD的机制。K-means聚类将这些蛋白质分为6个簇，选择簇1、4和5进行进一步分。KEGG分析揭示了碳代谢、OXPHOS和TCA循环等代谢途径的富集（图3B）。GO分析表明NCA029对代谢途径的影响，包括氨基酸代谢、脂肪酸氧化、OXPHOS和糖原代谢，线粒体呼吸链显示出显着差异（图3C）。

众所周知，ClpP是一种位于线粒体基质中的蛋白酶，其底物广泛分布在线粒体中，包括线粒体电子传递链（ETC）中复合物的亚基。分析三组ETC亚基蛋白的变化。ETC由五个多亚基蛋白质复合物组成，称为复合物I-V，在OXPHOS中起关键作用（图3D）。检测到的ETC亚基蛋白，整合在复合物I、II、III、IV和V中被富集。DSS上调了ETC复合物的许多亚基，而与NCA029的共处理降低了它们的表达（图3E）。DSS处理增加了ETC复合物的合成以满足CD4+T细胞的高能量需求，而NCA029通过调节ETC亚基蛋白表达来抑制能量供应。DSS处理的CD4+T细胞表现出更高的ATP需求，线粒体ETC和OXPHOS活性增强证明了这一点。相比之下，与NCA029和DSS的共同处理下调了ETC复合物蛋白表达，抑制OXPHOS并导致CD4+T细胞死亡。

此外，PPI网络分析验证了NCA029在调节线粒体ETC亚基中的作用，突出了它在调节CD4+T细胞中的关键参与（图3F）。在CD4+T细胞中，NCA029显著降低复合物I（NDUFB8）、II（SDHB）、III（UQCRC2）、IV（MTCO1）和V（ATP5A）的蛋白水平（图3G）。同样，NCA029剂量依赖性地抑制复合物I、II和IV的活性，它们是ETC的主要质子泵（图3H-J）。最后，NCA029破坏了CD4+T细胞中的OXPHOS，从而限制了ATP的产生（图3K）。这表明NCA029主要通过影响OXPHOS来调节CD4+T细胞死亡。

图3| CD4+T细胞中ClpP激活后的代谢改变

(图源：Zhang J., et al., CRM., 2024)

二、文章小结

在这项研究中，作者在小鼠和人IBD中观察到ClpP的异常上调，揭示了它与CD4+T细胞的关联。同时，引入了一种ClpP激动剂NCA029，其显著缓解了与DSS诱导和IL-10敲除结肠炎模型相关的症状。NCA029的治疗潜力主要体现在它通过抑制OXPHOS来调节免疫反应的能力，从而减轻炎症并维持肠道屏障完整性。该数据表明，激活ClpP可能是干预IBD的有效方法。

三、拜谱小结

该研究进一步探讨了ClpP激活剂的具体作用机制，发现其通过调节CD4+T细胞的能量代谢来发挥治疗作用。并通过体内外实验及基因敲除实验等进行了验证，实验结果表明ClpP激活剂能够显著抑制IBD相关炎症因子的产生，并改善肠道病理状况。为IBD的治疗提供了新的思路和方法。其中拜谱生物提供了蛋白质组学检测分析。拜谱作为国内领先的多组学服务公司，可提供蛋白组、修饰组、代谢组、转录组等多组学技术服务助力发表高分文献，欢迎致电咨询！

参考文献：

Zhang J, Jiang Y, Fan D, Qiu Z, He X, Liu S, Li L, Dai Z, Zhang L, Shu Z, Li L, Zhang H, Yang T, Luo Y. Chemical activation of mitochondrial ClpP to modulate energy metabolism of CD4+Tcell for inflammatory bowel diseases treatment. Cell Rep Med. 2024 Dec 17;5(12):101840. doi: 10.1016/j.xcrm.2024.101840B1