代谢重编程可以做到什么样的结果，其实有时候还是挺出乎意料的。今天讲的这篇三位上海交大第六人民医院与中科院博士生合作，发表在19.8分的Cell大子刊Cell Stem Cell上的文章。这篇文章讲的是线粒体丙酮酸转运体MPC，对于线粒体代谢的操控，通过产生乙酰CoA，引发组蛋白的酰基化修饰：
他们研究的主要是BC（基底细胞），是负责气管上皮完整性的祖细胞。BC细胞对于维持气管上皮完整性至关重要，所以他们要研究的就是BC细胞的自我更新和分化，所受到的信号调控。他们使用了ALI（气液界面）培养系统，来模拟损伤后BC介导的气管上皮再生。通过对BC细胞再生过程中的二代测序进行分析，他们发现培养第三天开始细胞中的代谢途径激活。TCA循环相关基因的表达在上皮再生过程中显著上调，同时MPC2也表达上调。通过SeaHorse实验（下图的ECAR和OCR，也就是细胞外酸化率和细胞耗氧率分析，这两种图在《信号通路是什么鬼？》系列的铜死亡那几章里，都有过介绍，可以回去看看）发现，气道上皮细胞在上皮形成过程中表现出细胞代谢的动态变化：
MPC的功能是线粒体丙酮酸转运，丙酮酸可以通过MPC运输到线粒体中，并代谢成乙酰辅酶A，从而推动TCA循环。他们使用MPC抑制剂后发现，MPC抑制后，会促进BC细胞的扩增，但不会影响类器官的大小。MPC抑制剂，同时也降低了BC细胞的分化能力。（这其实也就是柯霍氏法则的验证，通过对MPC的抑制，从而分析MPC对于BC细胞分化过程中，可能存在的功能，不清楚柯霍氏法则的话，可以看看《轻松的文献导读》和《科研的推理和逻辑：从实验台到咖啡桌》）：
为了明确MPC的功能，他们使用Cre-LoxP系统，特异性地在肺上皮细胞敲除了MPC2，而MPC2缺失后，气管上皮显示管腔细胞减少，但不会影响上皮屏障功能。而MPC2缺失后，上皮表现出失调的粘液动力学，这可能是由于纤毛细胞减少造成的。MPC2的缺失，会破坏气管上皮的生理稳态转换，导致上皮功能受损：
MPC2缺失后，细胞在从BC分化到管腔细胞的过程中处于过渡状态，气管上皮纤毛细胞和管腔细胞减少，表明再生反应受损，也就是说MPC2对于损伤后气管上皮的再生至关重要。那么MPC作为将丙酮酸转运到线粒体内的转运体，那对于丙酮酸的代谢有什么样的作用呢？他们发现MPC2特异性缺失的细胞中，胞质中丙酮酸代谢产物，乳酸和丙氨酸水平升高，天冬氨酸水平降低。而线粒体中丙酮酸代谢产物，柠檬酸盐和异柠檬酸盐的水平降低。但是TCA其他代谢产物并没有什么变化，由于TCA循环不光可以通过丙酮酸进行代谢，谷氨酰胺也是可以参与到TCA循环的。那作为丙酮酸在线粒体内的代谢产物，柠檬酸盐是否能缓解MPC2缺失后造成的影响呢？结果发现柠檬酸盐，可以有效缓解MPC抑制剂造成的BC细胞分化损伤，也就是说线粒体丙酮酸代谢通过ACLY介导的细胞质柠檬酸盐代谢调节BC分化（这一系列的课题推进，都是随着假设以及实验结果获得后的假设迭代完成的，通过这样的假设迭代，一步步推进课题，得到最终的结果，不清楚假设和假设迭代的话，可以去看看《科研的推理和逻辑：从实验台到咖啡桌》和《列文虎克读文献》）：
柠檬酸盐代谢后，衍生的细胞质乙酰CoA，是组蛋白乙酰化和脂质合成的乙酰供体。那么MPC表达增强引发的丙酮酸转运，可能会造成更多的乙酰化水平的增强。通过组蛋白乙酰化抗体的验证，他们发现，在MPC2敲除后，H3、H3K9和H3K27的乙酰化水平明显降低了。也就是说，MPC可以依赖柠檬酸盐代谢，引发组蛋白乙酰化，从而通过表观遗传重塑控制BC细胞分化：
组蛋白乙酰化增强，也就说明了下游基因可能会增强转录。而Hippo信号通路，对BC功能很重要（Hippo信号通路也是一个常见的信号通路了，通过YAP和LATS1/2进行调控，不清楚的话，可以去看看《信号通路是什么鬼？》系列的Hippo信号通路那几章，复习下）。MPC2的缺失阻止了YAP缺失诱导的BC丢失和过度管腔细胞分化。而外源柠檬酸盐，又显著地促进了MPC2缺失细胞的分化。也就是说，线粒体丙酮酸代谢是YAP介导的对BC的影响所必需的，而操纵丙酮酸代谢可纠正异常的BC分化和再生行为：
最后他们就形成了这样的示意图，MPC促进了线粒体丙酮酸转运，通过丙酮酸-柠檬酸盐代谢，通过产生作为组蛋白乙酰化供体的乙酰CoA，引发组蛋白的表观修饰，从而调控了BC细胞的功能：
这篇文章有意思的地方，就是在代谢途径的基础上，进行了代谢产物作为供体的表观遗传学分析。但有些遗憾的是，并没有完全把Hippo信号通路和表观遗传紧密地联系起来，但这样的话工作量可能就超标了。好了，今天就先策到这里吧，有兴趣的话可以看看原文，祝你们心明眼亮。
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