代谢学人

Cell Metabolism: 代谢与免疫 成也萧何败也萧何

撰文| 陈江榕 马莹 张俊 武霞 胡敏 郭明伟 

编辑| 孟美瑶 

校对| 张俊

背景介绍

科学技术的进步极大地延长了人类的寿命，但同时也加剧了与衰老相关的并发症。衰老是肥胖、胰岛素抵抗、2型糖尿病、血脂异常、肝脂肪变性等的重要危险因素，同时这些代谢变化反过来又极大地损害了人类的健康，并最终影响寿命。多种信号通路与衰老的分子特征有关：胰岛素/胰岛素样生长因子-1 （IGF-1）/叉状盒O转录因子（FoxO；DAF-16（秀丽隐杆线虫中的DAF-16），哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）， Sirtuins（SIRTs是一类进化上高度保守NAD+依赖性组蛋白去酰基酶，参与调控细胞代谢与寿命的重要蛋白质）和腺苷5 '单磷酸活化蛋白激酶（AMPK）。这些经典的长寿信号通路都对代谢调节至关重要，是衰老的代谢基础。然而，连接代谢失调和衰老的机制细节仍然知之甚少。

脂肪组织是能量储存的主要场所，维持其完整性对能量稳态和代谢健康至关重要，然而在衰老过程中这一过程经常受到干扰，并且一定程度上的组织变化足以影响寿命和健康。大多数啮齿类动物的长寿干预措施都与脂肪组织功能的改变有关，例如：热量限制（CR）、雷帕霉素治疗、手术切除内脏脂肪和消除衰老细胞。与其他主要代谢器官相比，与年龄相关的转录组学变化在脂肪组织中发生得更早，且幅度更大，这意味着在衰老过程中，脂肪组织可能至少驱动了一部分代谢紊乱。随着年龄的增长，脂肪组织出现表型特征，包括脂肪细胞肥大、慢性炎症、纤维化、胰岛素抵抗和脂肪生成受损，所有这些表型变化都与代谢功能障碍密切相关。然而，衰老过程中脂肪组织的病理重塑仍然是一个谜，人们希望找到一种可能导致多种特征的驱动因素。

以免疫球蛋白（Igs）形式存在的抗体是对抗病原体的适应性免疫防御的主要效应因子。在5种主要抗体中，免疫球蛋白G（Ig G）约占血清总抗体的80%。IgG由抗原结合片段（Fab）和Fc片段组成（小编注：五种主要的免疫球蛋白（IgA、IgD、IgE、IgG、IgM）在结构上具有一些共同特征，但也存在显著的差异。IgG由两个相同的轻链和两个相同的重链组成，形成Y字形结构。IgG是血清中最丰富的免疫球蛋白，具有四个亚类（IgG1、IgG2、IgG3、IgG4），每个亚类在恒定区（Fc区域）有所不同。IgA同样由两个轻链和两个重链组成，但它可以通过一个特殊的J链（joining chain）连接成二聚体或多聚体。IgM是最大的免疫球蛋白，由五个基本单元组成，每个单元包含一个轻链和一个重链，通过J链连接在一起，形成五聚体。IgD/IgE与IgG结构类似，也是由两个轻链和两个重链组成）。

在典型的适应性免疫应答中，B细胞在抗原存在下被激活，并产生特异性抗体，通过Fab片段中和抗原，同时与先天免疫细胞上的Fcγ受体（FcγRs）相互作用，触发抗体依赖性细胞毒性，并内化吞噬含有抗原的病原体。与IgA和IgM不同，IgG独特的再循环机制赋予其特别长的半衰期。除了经典的免疫功能外，IgG在代谢中的作用尚未得到重视。值得注意的是，IgG主要被认为是一种血浆蛋白，它在衰老过程中的组织存在、调节和功能还是未知的。

在这篇文章中，研究人员深入探索了衰老过程中脂肪组织的病理性重塑，以了解随年龄增长而出现的代谢衰退。该研究在白色脂肪组织（WAT）中发现了显著的年龄相关的IgG积累。利用体外和体内互补模型，研究人员证明了IgG是衰老过程中脂肪组织变性和代谢下降的驱动因素，为延长健康寿命提供了新兴治疗靶点。

拓展阅读1：免疫球蛋白的再循环

在吞噬细胞中，其细胞表面受体（FcγRs）能够特异性结合IgG的Fc区域，介导吞噬作用、炎症介质的释放以及抗体依赖性细胞毒性（ADCC）。当IgG与FcγRs结合后发生胞吞作用，形成的内体（endosome）可分为早期内体和晚期内体，而早期向晚期的转变需要进行酸化，这一过程本质上就是pH不断降低。内体pH变化主要由膜转运蛋白调控：1、质子泵，内体膜上的质子泵通过主动运输机制将细胞质中的H⁺泵入内体腔内，导致pH下降；2、囊泡型H⁺/Cl⁻交换体，它们通过交换质子和氯离子来进一步降低内体腔内的pH值；3、Na⁺/H⁺交换体，它们通过交换钠离子和质子来影响内体的pH值。在早期内体中，IgG与FcγR结合。但是随着胞内质子增多，其pH下降导致IgG与FcRn的亲和力增强，最终二者结合。当包含IgG和FcRn结合体的囊泡通过分裂并向细胞表面移动时，可能会与细胞质中的pH为中性的小囊泡融合，形成循环内体（Recycling endosome），随之二者解除结合，IgG释放出质膜，而未结合的IgG则被分类至溶酶体中降解。FcRn广泛存在于人体组织中，包括上皮细胞、内皮细胞、肝细胞、角质细胞以及各种造血细胞。此外，该受体在髓系细胞中大量表达，如单核细胞、组织驻留巨噬细胞、树突状细胞和中性粒细胞。在B细胞中FcRn表达水平较低，因此IgG循环机制大多发生在能清除病原体的吞噬细胞中和母乳喂养中婴儿肠道上皮吸收IgG的过程中。由于本文主要描述适应性免疫应答过程，因此该机制主要发生在单核细胞等吞噬细胞中。

IgA和IgM的循环机制与IgG和白蛋白不同，它们不通过FcRn进行循环。IgA主要在粘膜表面发挥功能，如消化道和呼吸道等。这类Igs通过与上皮细胞表面的聚合Ig受体（plgR）结合，通过细胞内的分泌小囊泡运输到细胞外；目前关于IgM的再循环机制的研究不如IgG那样充分，但是IgM的循环和分布可能依赖于其自身的物理化学特性，这些特性包括分子大小、电荷、糖基化模式以及与其他分子的相互作用，因此当免疫细胞吞噬与IgM结合的抗原后，可能由于其特殊的分子特性，进而通过细胞的分泌机制释放到血液循环中）。

拓展阅读2：衰老相关通路

衰老是一个复杂的生物学过程，涉及多种分子通路和信号传导机制。在生物体内，能量代谢是维持生命活动的基础，而衰老过程中的多种变化会影响到细胞和整个有机体的能量平衡。

1、胰岛素/胰岛素样生长因子-1 (Insulin/IGF-1) 信号通路 (IIS)：IIS是最早与衰老和年龄相关的信号通路之一。当胰岛素与细胞表面受体结合后导致激酶Akt激活，随后磷酸化FOXO，抑制其转录功能，促进细胞存活、生长和增殖。抑制IIS在多个生物体中已被证明可以改善线粒体功能和增强细胞对氧化应激的适应性，最终缓解衰老过程并延长寿命。

2、哺乳动物雷帕霉素靶蛋白 (mTOR) 通路：mTOR是一种丝氨酸-苏氨酸激酶，感知并整合多种信号，控制蛋白质和脂质合成或自噬等过程。在调控衰老中，一方面，mTOR可以调控衰老相关分泌表型（SASP）表型，进而影响寿命，因此可以通过热量限制来抑制mTOR活性，进而降低促炎因子的表达，最终延长寿命；另一方面，mTOR是一种保守的能量感受器，在热量限制条件下，通过mTOR，能量分配会从促进生长和生殖倾向于维持细胞功能，从而延长寿命。

3、沉默信息调节因子 (Sirtuins) 通路：Sirtuins是一类NAD+依赖性的脱乙酰酶，参与调节多种代谢过程，包括能量代谢、线粒体功能和自噬。在调节衰老上，SIRT1通过调节NAD+水平和促进自噬，帮助细胞适应能量压力，维持能量平衡。

4、AMP激活蛋白激酶 (AMPK) 通路：AMPK是细胞能量感应的关键酶，当细胞能量水平低（如ATP减少）时被激活，促进能量产生的过程，如糖酵解和脂肪酸氧化，并抑制能量消耗的过程，如脂肪酸合成。AMPK的激活能力随年龄增长而下降，可能导致细胞内环境失衡和加速衰老。

以上通路通过调节细胞对营养物质的吸收、利用和储存，以及通过影响线粒体功能和自噬等过程，共同维持细胞和有机体的能量平衡。衰老过程中这些通路的调节失衡可能导致能量利用效率下降，进而影响健康和寿命。

敲黑板啦！ 

1. 在衰老过程中，IgG在脂肪组织中积累，可通过限制热量减少；

2. IgG激活巨噬细胞诱导脂肪组织纤维化；

3. 预防IgG在衰老过程中的积累可以延长健康和寿命；

4. 靶向IgG循环受体FcRn使老年小鼠的代谢健康恢复活力。

研究结果

1 IgG是一个衰老相关因素

文献表明，小鼠最显著的衰老相关转录组变化发生在附睾白色脂肪组织（eWAT）（小编注：这里引用的是2020年cell reports的文献，文章在小鼠生命周期的五个不同阶段(8、26、60、78和104周)和11个不同器官(包括大脑、下丘脑、肺、骨髓、胃肌、肝脏、肾脏、心脏、iWAT、eWAT和BAT)进行了RNA测序，通过比较两个老年组(78周和104周)和年轻组(8周)的差异表达基因，对整个生物体中q value < 0.1 并且 log2 fold-change > 0.75的5550个年龄相关的 mRNA进行鉴定，其中数量最多的是eWAT(2651)和iWAT(1795)。值得注意的是，在另一个2020年Nature文章的工作中，分离了每只小鼠的17个器官，包括骨(股骨和胫骨)、脑(半脑)、棕色脂肪组织(BAT，肩胛间脂肪组织)、性腺脂肪组织(GAT，腹股沟脂肪组织)、心脏、肾脏、肌肉(胫骨前肌)、肝、肺、骨髓、肠系膜脂肪组织(MAT)、胰腺、皮肤、小肠(十二指肠)、脾脏、皮下脂肪组织(SCAT)和白血球(WBCs)。与1月龄仍在发育的器官相比，SCAT和GAT 的差异表达基因先于其他器官在中年出现。参考文献：1.Cell Rep 2020 Vol. 31 Issue 8 Pages 107694; 2. Nature 2020 Vol. 583 Issue 7817 Pages 596-602）。同时在衰老过程中，蛋白质稳态失衡可能会导致基因表达出现巨大差异（小编注：作者认为不是衰老状态下的基因表达数据不是十分可靠。蛋白稳态是细胞利用一系列质量控制机制来维持自身蛋白质组的稳定性和功能性。错误折叠的蛋白质种类有多种来源，并对细胞构成持续的危险。有缺陷的mRNA是异常蛋白质产物的一个显著来源。缺少终止密码子的mRNA(由转录物的截断或提前切割和多聚腺苷化引起的所谓的non-stop mRNA)的翻译会导致无法折叠的核糖体停滞多肽链,导致基因表达出现巨大差异）。为了更好地了解与衰老相关的脂肪组织病理重塑，研究人员对年轻（3月龄）和老年（33月龄）小鼠的eWAT进行了定量蛋白质组学比较。根据考马斯亮蓝染色结果，研究人员在50 kDa凝胶切片中鉴定出了1110个差异最明显的蛋白质，包含了93个大小在35 kDa到60 kDa之间的蛋白质（小编注：作者关注35-60 kDa的原因可能有以下几点：1、IgG由两条重链和两条轻链组成。重链的分子量大约在50-60 kDa，轻链的分子量大约在20-25 kDa。在质谱分析中，通常会寻找与这些已知结构组件相对应的信号；2、质谱仪对于中等大小的分子（如35-60 kDa）具有较好的灵敏度和分辨率。对于过大或过小的分子，质谱分析可能不够敏感或分辨率不足，导致信号弱或难以区分；3、在质谱分析中，蛋白质首先会被酶解成较小的肽段。对于IgG这样的大分子，酶解后产生的肽段分子量通常在35-60 kDa范围内），它们在衰老过程中含量增加了2倍以上，其中45个是免疫球蛋白（图1A和1B；表S1）。研究人员首先通过免疫组织化学染色证实了老年小鼠eWAT中主要的免疫球蛋白成分IgG的积累（图1C）（小编注：免疫球蛋白（Ig）是一类化学结构类似于抗体，具有抗体活性的球蛋白，是体液免疫应答的主要反应物质。大约80%的血清免疫球蛋白为IgG。IgG也是唯一能够穿越胎盘屏障，为胎儿和新生儿提供被动免疫保护的免疫球蛋白）。 eWAT中IgG的积累与年龄有关，在6月龄时变得明显，在18月龄时进一步增加（图1D和S1A）。eWAT中IgG的积累与年龄有关，在6月龄时变得明显，在18月龄时进一步增加（图1D和S1A）。在两种性别中，血浆IgG在衰老过程中都发生了增加（图1D和S1A-S1C）。事实上，在衰老过程中，IgG在所有被检测的组织中积累，包括皮下腹股沟脂肪组织（iWAT）、肩胛间棕色脂肪组织（BAT）、肝脏和肾脏（图S1D），但在WAT中积累最高（图1E、S1E和S1F）。老年小鼠eWAT中累积的IgG包括所有主要亚型，包括IgG1、IgG2a和IgG3，以及Ig亚型IgM和IgA，说明存在多克隆反应（图S1G）。虽然IgM和IgA随着年龄的增长而增加，但与IgG不同的是，IgM分子量太大，不能有效地扩散到细胞间组织液中，而IgA主要存在于母乳等外部分泌物中。因此，研究人员将重点放在脂肪组织中的IgG上。为了了解IgG积累的时间点，他们检测了较年轻小鼠的组织，发现IgG在4月龄时开始在WAT中积累，而即使在9月龄时，只能再肝脏和肌肉中检测到极低的IgG水平（图S1H）。此外，通过对人类心外膜脂肪活检的WB分析也重现了这种与衰老相关的IgG积累 （图1F）。IgG水平与年龄相关，但与脂肪细胞功能标记物Pparg1、Pparg2和Leptin的表达呈负相关（图1G和S1I），表明了IgG存在有害影响。

衰老过程中eWAT的转录组学分析表明，随着年龄的增长而增加的主要生物学过程（BPs）是免疫途径，特别是那些参与B细胞发育和激活、Ig产生和炎症反应相关的生物过程（图1H和S2A）。另一方面，随着年龄增长而逐步减少的生物学过程与能量代谢和脂肪细胞分化密切相关（图1H和S2B）。这些结果共同表明，在衰老过程中，IgG水平与脂肪组织功能呈负相关。

图 1|在衰老过程中，IgG优先积累在脂肪组织

图S 1| IgG在衰老过程中积累

图S 2|衰老过程中eWAT生物过程（BPs）的基因集富集分析，与图1相关。

2 热量限制（CR）对代谢的改善是通过降低IgG来实现的

热量限制（CR）是一种常见而有效的抗衰老干预措施。在12月龄的C57BL/6J雄性小鼠中，4周的30%CR改善了胰岛素敏感性（图S3A），并选择性地降低了循环中的IgG水平（下降了60%），而不影响IgA或IgM水平（图2A和2B）。CR特异性地减少了eWAT、iWAT和肝脏中的IgG积累（图2C、2D和S3B）。eWAT中IgG的降低与SirT1和成脂基因（（Pparg, Cebpa, 和Srebf1）的上调以及对炎症（Mcp1、Tnfa和Il-6）和衰老标记物（p16、p21和p53）的抑制有关（图2E和S3C）（小编注：热量限制后成脂基因的上调可能与多种因素有关，热量限制导致能量摄入减少，机体可能会通过上调成脂基因来增强脂肪的合成和储存能力。这是一种代谢适应机制，旨在最大化能量的利用和储存。热量限制也可能会激活营养感应途径，如AMPK（AMP活化蛋白激酶）和SIRT（沉默信息调节蛋白），这些途径在调节能量代谢和基因表达中起着重要作用。这些途径的激活可能会导致成脂基因的上调）。这些结果进一步证明IgG与脂肪组织功能的负相关，并且IgG积累是可以被阻断的。

为了探明IgG在CR代谢效应中的作用，研究人员给CR小鼠（5月龄）腹腔注射小鼠总IgG以补充IgG。有趣的是，与血浆和肝脏相比，外源性IgG主要聚集在脂肪组织（eWAT和iWAT）中（图2F、S3D和S3E）。在eWAT中，补充IgG恢复了CR抑制的炎症标志物F4/80、Mcp1和Tnfa以及衰老基因p19、p21和p53（图2G）。此外，IgG处理减弱了CR诱导的成脂基因Pparg和Srebf1的表达，并伴随着Adipoq的抑制（图2G）。重要的是，胰岛素耐量试验（ITT）显示，IgG处理在不影响体重的情况下抵消了CR强大的胰岛素增敏作用（图2H和S3F）。这些数据为IgG在脂肪组织功能和代谢健康中的致病作用提供了直接证据。

图2 | 限制饮食通过降低IgG介导对衰老代谢的改善

图S3 |IgG水平的检测，与图2相关。

3 IgG在衰老过程中促进脂肪组织纤维化

研究人员进一步探究了在衰老过程中IgG是如何引发脂肪组织变性的。纤维化越来越多地被认为是肥胖患者脂肪细胞再生受损、胰岛素抵抗、炎症和代谢功能障碍的驱动力。在老年小鼠中，脂肪组织发生显著的纤维化（图3A），与IgG积累和巨噬细胞浸润（图3B）的现象相吻合。引发纤维化最显著的信号通路是转化生长因子-β（TGF-β）介导的SMAD2/3磷酸化（图3C）。与之一致的是，在老年小鼠的eWAT中SMAD2/3发生显著的磷酸化（图3D）。相反，CR普遍抑制eWAT中的纤维化基因和Tgfb（图S4A），同时抑制了SMAD2/3的磷酸化（图S4B）。

脂肪IgG与纤维化在衰老和CR中的相关性促使研究人员探究IgG在脂肪组织中的纤维化作用。为此，他们每周给年轻小鼠注射3mg小鼠总IgG，以模拟其在衰老过程中的积累。4周的IgG处理足以增加SMAD2和SMAD3的磷酸化水平（图3e），并刺激eWAT中纤维化基因的表达，包括Timp1、Mmp9、Col1a1和Lgals3以及Tgfb基因（图3F）（小编注：基质金属蛋白酶MMP9和基质金属蛋白酶抑制剂TIMP1之间的相互作用是一种动态平衡。在正常情况下，MMP9和TIMP1的表达和活性是协调的，以维持组织的正常功能和结构完整性。然而，在某些病理状态下，如组织损伤、炎症或肿瘤发展，这种平衡可能会被打破，导致MMP9活性的增加和TIMP1抑制作用的相对减弱，从而促进ECM的降解和组织重塑。在某些病理状态下，MMP9和TIMP1的表达水平可能会发生变化。例如，在纤维化疾病中，MMP9的活性增加可能导致ECM成分的过度降解，而TIMP1的上调可能是机体试图限制这种降解和保护组织结构的一种反应）。因此，IgG被发现是衰老过程中脂肪组织纤维化的一个原因。

图 3|IgG激活巨噬细胞促进脂肪组织纤维化

图S 4|脂肪组织IgG水平与TGF-β信号相关，与图3相关

4 IgG激活巨噬细胞，促进纤维化

为了了解IgG的促纤维化作用，研究人员首先检测了它对脂肪细胞前体细胞的直接作用，但未能激活SMAD2/3途径（图S4C）或诱导3T3-L1前脂肪细胞的纤维化基因（图S4D），这意味着其中存在一种间接机制（小编注：脂肪组织的纤维化的特征是细胞外基质ECM成分过度沉积，这是一个功能失调的过程，最终导致器官功能严重紊乱。在脂肪组织中，PDGFa+祖细胞被认为是ECM产生的主要贡献者，除此之外，还有脂肪干细胞、脂肪祖细胞、内皮细胞、成纤维细胞、巨噬细胞和其他先天免疫细胞（即SVF组分）对ECM进行调控，成熟脂肪细胞在纤维化过程中会分化为成纤维样细胞，该细胞群a-SMA大量表达，从而促进ECM的生成。所以研究人员在这里对脂肪前体细胞进行重点研究）。对处理IgG或对照的年轻小鼠eWAT的RNA测序（RNA-seq）分析显示，在IgG处理的eWAT中，上调最多生物学过程（BPs）是免疫反应（图3G），与背景相比，炎症途径中差异表达基因（DEGs）的含量增加了4.5倍（图S4E）。已知IgG通过靶向免疫细胞来中和病原体并诱导炎症反应。考虑到WAT中IgG和巨噬细胞的相关性，研究人员推测巨噬细胞可能是IgG发挥代谢调控功能的中间体。研究人员用IgG处理骨髓源性单核细胞（BMDMs）后进行了转录分析，结果表明BPs富集在炎症和代谢反应途径中，这就说明IgG可以激活BMDMs（图3H）。IgG处理能有效激活炎症标志物，同时诱导Tgfb基因（图3I和S4F）。巨噬细胞被认为是TGF-β的主要来源。为了进行功能测试，研究人员用IgG或对照处理的BMDMs的条件培养基（CM）处理了3T3-L1脂肪前体细胞。结果表明，IgG处理的BMDMs CM诱导3T3-L1细胞中纤维化基因Sma、Timp1、Mmp9、Col3a1和Lgals3的表达，在很大程度上模拟了TGF-β的处理；并且这一效应被TGF-β受体（TGF-βR）抑制剂LY2109761所消除，所以研究人员推断这种作用依赖于TGF-β。（图3J）。与之一致的是，从IgG处理的BMDMs中收集的CM增加了3T3-L1细胞中SMAD2和SMAD3的磷酸化，这种作用被LY2109761的加入所消除（图3K）。

接下来，研究人员试图探明IgG对巨噬细胞的激活作用。丝裂原活化蛋白激酶/细胞外信号调节激酶（MEK/ERK）通路在巨噬细胞的促炎激活过程中起着至关重要的作用。Toll样受体4（TLR4）配体脂多糖（LPS）激活MEK/ERK的磷酸化，而白介素4（IL-4）的抗炎活性减弱了这一作用（图3L）。在这里，研究人员发现，IgG处理的作用类似于LPS，可以诱导MEK/ERK磷酸化（图3L）。在eWAT和BMDMs中，ERK1/ERK2通路始终是最高的IgG诱导的BPs之一（图3G和3H）。经典的MEK/ERK激活是通过上游RAS信号介导的，并最终与TLR4通路汇合（图S4G）。有趣的是，相较于LPS更直接的作用，IgG诱导的BMDMs中RAS发生了4倍的激活 （图3M）。IgG激活RAS可能是由其受体FcγRs介导的。当FcγR与IgG结合时，FcγR聚集诱导Src/Syk激酶激活，从而激活RAS活性（图S4G）。最后，IgG处理直接增加了BMDMs条件培养基中TGF-β水平，而煮熟的IgG失去这一作用（图3N），这表明天然IgG是激活TGF-β产生所必需的。此外，抑制ERK也消除了IgG的作用（图3N）。综上所述， IgG通过RAS/MEK/ERK信号通路激活巨噬细胞，刺激TGF-β的产生，诱导脂肪组织微环境中的纤维化形成。

5 B细胞缺失小鼠免于衰老相关的脂肪组织纤维化

为了确定与衰老相关的脂肪组织纤维化发展是否需要IgG，研究人员使用了B细胞缺失（Bnull）小鼠，这些小鼠无法生成IgG与IgA和IgM。24月龄的Bnull小鼠在eWAT中发生的纤维化比对照小鼠（图4A和4B）要少得多，并且胰岛素敏感性得到改善（图4C）。Timp1、Col1a1、Mmp9和Tgfb3等致纤维化基因的表达降低进一步证实了纤维化的减轻（图4D）。正如预期的那样，随着IgG的耗尽，Bnull小鼠eWAT中SMAD2/3的磷酸化程度降低（图4E）。与IgG对脂肪组织炎症的刺激一致，Bnull小鼠eWAT中免疫细胞浸润（F4/80和Cd11c）和炎症（Tnfa,Il6,Mcp1和Il1b）减轻（图4F）。另一方面，巨噬细胞抗炎基因Arg1和Fizz1表达上调（图4F）。为了直接评估IgG在老年条件下代谢紊乱中的致病作用，研究人员给老年Bnull小鼠注射了4周的小鼠总IgG来补充循环中的IgG。4周的IgG处理抵消了老年Bnull小鼠的胰岛素增敏作用（图4G）。同样，纤维化基因（Timp1、Lgals3、Mmp9、Col1a1和Tgfb1）和炎症标志物（Ccl2、F4/80、Il1b和iNos）在eWAT中上调（图4H）。随着老年Bnull小鼠eWAT中IgG的升高，SMAD2和SMAD3的磷酸化水平也升高，并且F4/80的强烈诱导表明伴随着巨噬细胞浸润的增加（图4I）。因此，B细胞可能通过其主要产物IgG介导并参与了脂肪组织纤维化和衰老过程中炎症的发生。

图 4| Bnull小鼠可预防衰老相关的脂肪组织纤维化

6 破坏巨噬细胞中的IgG循环可预防衰老过程中的脂肪组织纤维化

Bnull小鼠缺乏成熟的B细胞，导致免疫缺陷，不能产生Ig亚型（IgG、IgA和IgM）和B细胞来源的细胞因子。为了分离IgG的作用，研究人员设计了一种策略，在不影响其产生的情况下特异性地操纵IgG水平。先前的研究表明，与B细胞产生的IgG相比，IgG循环对IgG水平的影响更大。FcRn作为IgG的唯一循环受体（图5A），据报道对维持循环中的IgG水平至关重要，它在髓系细胞中大量表达。研究人员观察到在巨噬细胞中IgG的高效内化（图S5A）。结合IgG对巨噬细胞活化和浸润的刺激，他们推测FcRn介导的巨噬细胞IgG循环参与了衰老过程中IgG的积累。为了验证这一点，他们构建了Fcgrtfloxed小鼠（图S5B和S5C），并将它们与LyzM-Cre小鼠杂交，以特异地敲除髓系细胞（FcRn mKO）中的Fcgrt（编码FcRn）（图5B）。虽然FcRn仍在脂肪组织中的其他细胞类型中表达（图S5D），但FcRn mKO小鼠循环中的IgG半衰期减少了80%（图5C和S5E）。随着年龄的增长，FcRn mKO小鼠循环中的IgG水平略有下降，而IgA和IgM水平不受影响（图S5F）。FcRn也回收白蛋白，因而他们观察到基因敲除动物的血浆白蛋白水平略有下降（图S5F）。重要的是，在mKO小鼠中，衰老相关组织尤其是脂肪组织中IgG的积累显著下降（图5D和S5G）。因此，研究人员得出结论，巨噬细胞中FcRn对IgG的回收是其在衰老中积累所必需的。

鉴于IgG积累的特异性抑制，这个模型使得研究人员能够剖析IgG对脂肪组织功能的影响。15月龄的FcRn MKO小鼠脂肪组织纤维化水平下降（图5E和5F），并且其eWAT中SMAD2和SMAD3的磷酸化显著降低（图5G）。与Tgfb2和Tgfb3的表达降低一致，老年mKO小鼠的eWAT中纤维化基因的表达普遍下降（图5H）。脂肪组织衰老的另一个标志是慢性炎症。防止IgG积累使得老年mKO小鼠eWAT中炎症和免疫细胞标志物的整体下调（图5I）。脂肪细胞肥大标志着脂肪组织炎症和胰岛素抵抗，并与代谢功能障碍密切相关。与其减轻的纤维化和炎症相一致，mKO小鼠的脂肪细胞肥大有所改善（图5J和5K）。因此，防止IgG积累可以保持衰老过程中脂肪组织的健康。

图 5|破坏巨噬细胞内IgG循环可预防老年小鼠IgG积累和脂肪组织纤维化

图S 5|巨噬细胞条件性FcRn基因敲除小鼠的构建，与图5相关

7 mKO小鼠延长了健康和寿命

在小鼠大约6月龄之前，脂肪组织中的IgG积累并不显著。因此，研究人员认为在5月龄的mKO小鼠中检测到对体重、葡萄糖耐量和胰岛素敏感性的影响可以忽略不计（图6A-6C）。然而，在12月龄的时候，mKO小鼠的体重开始低于对照组（图6A）。mKO可以保护小鼠衰老相关的血糖稳态和胰岛素敏感性（图6D和6E），并缓解了小鼠的血脂异常情况 （图S6A和S6B）。尽管与年龄相同的对照组相比，衰老的mKO小鼠的食物摄入量更高，但从小鼠的氧耗（图6F）和能量消耗（EE）来看，mKO小鼠更好地维持了EE，（图S6C和S6D），其呼吸交换率（RER）也比对照小鼠高，这说明mKO小鼠较高的碳水化合物消耗量（图S6E）。然而，两种小鼠的运动量无明显差异（图S6F）。此外，mKO小鼠的eWAT表现出棕色化，其脂解基因（Lpl和Hsl）和脂类利用基因（Ucp1、Cox7a1、Cox8b和Acadm）表达水平增加（图6G）。此外，衰老过程中BAT功能下降，进而表现出白色化，但在mKO小鼠中，分解代谢基因和葡萄糖摄取基因Glut4上调，编码脂滴结合蛋白aP2的Fabp4下调（图S6H），这就说明BAT白色化的表型在mKO小鼠中被抑制（图S6G）。因此，小鼠的能量代谢在15月龄就已经开始衰退，而mKO小鼠能够抵御这些变化，这从而延长寿命。

代谢功能障碍会导致衰老并发症的发生，并最终缩短寿命。因此，研究人员探究了mKO小鼠延迟的代谢下降是否会延长寿命。在对这些小鼠进行了3年多的追踪后，他们观察到mKO小鼠的中位存活时间比对照组增加了12%（图6H）。因此，抑制衰老过程中的IgG积累既能延长小鼠的健康寿命，又能延长其寿命（小编注：本文中并没有提及追踪寿命小鼠的数量，图6H的图例中也没有具体说明，可能是3年小鼠的年龄太大，我们推测刚开始可能是和之前的实验数量一致，10对10或9对10，但是在追踪过程中，小鼠年龄太大，最后剩的并不多，所以在这里并没有进行标注）。

图 6|预防IgG积累可以延长mKO小鼠的健康和寿命

图S 6|老年mKO小鼠代谢的改善，与图6相关

8 靶向IgG循环使衰老中的代谢健康恢复活力

从治疗的角度，研究人员设计了一种针对Fcgrt的反义寡核苷酸（ASO），以矫正衰老过程中IgG的积累。他们对70周龄的C57BL/6J雄性小鼠进行了腹腔注射FcRn或对照 ASO，每周两次，持续8周（图7A）。FcRn ASO处理有效地降低了eWAT和其他外周组织中的FcRn（图7B和S7A），导致血浆、WATs、BAT和肝脏中的IgG水平下降，并且所有主要的IgG亚型都发生了这种下降（图7C、7D、S7B和S7C）。通过间接量热可以发现，FcRn敲减（KD）小鼠耗氧量和EE相比于对照小鼠更高，并且KD小鼠的体重在第7周显著降低（图7E、7F和S7D）。与mKO小鼠相似，FcRn KD增加了摄食量和RER，而不影响运动活动（图S7E-S7G）。与此同时，FcRnKD小鼠改善了糖耐量和胰岛素敏感性（图7G和7H）。相比之下，在7周龄的小鼠中，因其具有基础IgG水平，KD FcRn对降低IgG、体重，改善糖耐量和胰岛素敏感性的影响很小（图S7I-S7L），说明这种改善是IgG依赖的。因此，靶向IgG循环受体FcRn可以恢复衰老过程中的代谢功能。

FcRn KD减少了老年小鼠的eWAT（减少64%）和iWAT（减少33%）的重量（图7I），并缓解了它们的脂肪细胞肥大（图7J和S7H），同时恢复了成脂基因（Pparg2、Fasn、Scd1、Adipoq和Adipsin）的表达（图7K）（小编注：这里成脂基因增加是脂肪健康的表现，与能量代谢增加、细胞肥大缓解是不矛盾的。因为在此处成脂基因增加是脂肪细胞增生的标志，即hyperplasia，在脂肪组织的扩张，包括两个事件，一个是成熟脂肪细胞的肥大，即hypertrophy，另外一个事件是脂肪前体细胞分化成为脂肪细胞，即hyperplasia。脂肪组织的增生通常被认为是健康和适应性的，因为组织能够维持与血管化、胰岛素敏感性相关脂肪因子的水平。而脂肪细胞的肥大与缺氧的增加有关。缺氧的脂肪组织会增加促纤维化基因的表达，导致组织纤维化并伴随代谢紊乱，而脂肪细胞的增生就可以抵消肥胖或衰老带来的负面代谢影响。所以研究人员在这里评估了脂肪细胞肥大和增生的效果，缓解脂肪细胞肥大，促进脂肪细胞增生就会改善衰老相关代谢紊乱）。随着EE的增加，KD小鼠表现出棕色化重塑的标志物增加，如Ucp1、Cidea、Cox8b和SirT1，并下调了eWAT中白色脂肪细胞富集基因Lep的表达（图7K）（小编注：此处Leptin的表达数据与图S1I显示不一致。作者在图S1I将IgG增加下调了leptin表达作为IgG高的有害作用的一个表征，与此处的数据似有矛盾。推测在这里研究人员检测了leptin的水平是为了解释FcRn敲减之后小鼠摄食量上升；此外，leptin的水平也与脂肪组织的大小相关，这里mKO小鼠的脂肪重量降低，leptin的水平也相应降低）。此外，BAT的白色化程度有所缓解（图S7H）。重要的是，FcRn KD抑制了纤维化和Tgfb基因的表达（图7L），并且eWAT中SMAD2和SMAD3磷酸化的抑制也可以支持这一观点 （图7M）。总的来说，靶向IgG循环以抑制IgG积累可改善脂肪组织重塑并恢复衰老过程中的代谢稳态。

图 7|靶向IgG循环改善老龄小鼠的代谢和脂肪重塑

图S 7|FcRn ASO处理的老年小鼠的特征，与图7相关。

总结 

衰老的基础是明显的代谢下降，然而，其驱动因素仍不清楚。在本篇文章中，研究人员报道了IgG在衰老过程中特别是在白色脂肪组织（WAT）中的积累，损害脂肪组织功能和代谢健康。热量限制（CR）可以减少WAT中IgG的积累，而补充IgG会抵消CR的代谢益处。IgG通过Ras信号激活巨噬细胞，从而通过TGF-β/SMAD途径诱导WAT纤维化。与此一致的是，B细胞缺失小鼠可以避免衰老相关的WAT纤维化、炎症和胰岛素抵抗。巨噬细胞中IgG循环受体（FcRn）的条件敲低可阻止衰老过程中IgG的积累，从而延长健康寿命和寿命。此外，通过反义寡核苷酸靶向FcRn可以恢复老年小鼠WAT的完整性和代谢健康。这些发现指出IgG是衰老的一个隐藏的罪魁祸首，并启发了一种新的策略来恢复代谢健康。（小编注：文中并未详细讨论衰老为何促进全身IgG积累，但是作者认为在脂肪组织中主要可能有三个原因：抗原存在、脂肪组织中的 B 细胞浸润和活化、IgG清除率降低。首先研究表明，在衰老和肥胖进程中，脂肪细胞应激增加，进一步诱导脂肪细胞衰老，同时脂毒性脂肪酸的清除受损，二者共同促进脂肪组织中的促炎因子分泌。这些促炎因子会招募大量免疫细胞，进而导致组织内B细胞的浸润和活化，分泌出大量免疫球蛋白。同时IgG又存在着一套“开源节流”的循环回收系统，故而持续积累并诱导脂肪组织纤维化，加速衰老）。

原文链接：https://www.cell.com/cell-metabolism/abstract/S1550-4131(24)00015-9