古典的に活性化されたマウスマクロファージは、TLR4およびRAGEに依存しない炎症反応を誘導するメチルグリオキサールを産生する

Classically activated mouse macrophages produce methylglyoxal that induces a TLR4- and RAGE-independent proinflammatory response.

• Daniel Prantner
• Shreeram Nallar
• Katharina Richard
• David Spiegel
• Kim D Collins
• Stefanie N Vogel

抄録

高反応性化合物であるメチルグリオキサール（MG）は、細胞の高分子と反応して細胞や組織に直接的なダメージを与えることができる。メチルグリオキサールは敗血症誘発死亡率の増加に関連するバイオマーカーとして同定されている。敗血症性ショックを受けた患者では、術後の患者や健常者と比較して、MGの循環レベルが有意に上昇している。さらに、MGはII型糖尿病やアルツハイマー病の発症にも関与している。MGは解糖中に生成されることから、我々はMGが古典的に活性化された（M1）マクロファージによって生成され、炎症反応に寄与している可能性があると仮説を立てた。LPSおよびIFN-γ処理したマクロファージはM1の表現型を獲得し（M1マーカーや解糖の亢進によって証明される）、MG修飾タンパク質（メチルグリオキサール5-ヒドロ-5-メチルイミダゾロン）に特異的な抗体を用いて検出されたMG付加体、MG-H1、MG-H2、およびMG-H3を形成した。MG付加体は、LPS処理マウスの肺においても増加した。LPSおよびIFN-γで処理されたマクロファージはまた、MGを代謝する酵素であるグリオキサラーゼ1（Glo1）の発現低下を示した。外因性の精製MGの濃度が0.5mMを超えるとマクロファージに毒性があったが、0.3mMの毒性のない用量では、LPS刺激よりも少ない範囲ではあったが、TNF-αとIL-1βが誘導された。また、外因性MGによる細胞死およびサイトカイン誘導は、一次マクロファージではRAGE非依存的であった。最後に、RAGE欠損マウスでは、致死的なLPS注射後の生存に有意な優位性を示さなかった。以上のことから、敗血症中のM1マクロファージでは、IFN-γ依存的にGlo1がダウンレギュレーションされた後にMGが産生され、過剰な炎症に寄与している可能性が示唆された。

The highly reactive compound methylglyoxal (MG) can cause direct damage to cells and tissues by reacting with cellular macromolecules. MG has been identified as a biomarker associated with increased sepsis-induced mortality. Patients undergoing septic shock have significantly elevated circulating MG levels compared to postoperative patients and healthy controls. Furthermore, MG has been implicated in the development of type II diabetes mellitus and Alzheimer's disease. Because MG is generated during glycolysis, we hypothesized that MG may be produced by classically activated (M1) macrophages, possibly contributing to the inflammatory response. LPS and IFN-γ-treated macrophages acquired an M1 phenotype (as evidenced by M1 markers and enhanced glycolysis) and formed MG adducts, MG-H1, MG-H2, and MG-H3, which were detected using antibodies specific for MG-modified proteins (methylglyoxal 5-hydro-5-methylimidazolones). MG adducts were also increased in the lungs of LPS-treated mice. Macrophages treated with LPS and IFN-γ also exhibited decreased expression of glyoxalase 1 (Glo1), an enzyme that metabolizes MG. Concentrations of exogenous, purified MG > 0.5 mM were toxic to macrophages; however, a nontoxic dose of 0.3 mM induced TNF-α and IL-1β, albeit to a lesser extent than LPS stimulation. Despite prior evidence that MG adducts may signal through "receptor for advanced glycation endproducts" (RAGE), MG-mediated cell death and cytokine induction by exogenous MG was RAGE-independent in primary macrophages. Finally, RAGE-deficient mice did not exhibit a significant survival advantage following lethal LPS injection. Overall, our evidence suggests that MG may be produced by M1 macrophages during sepsis, following IFN-γ-dependent down-regulation of Glo1, contributing to over-exuberant inflammation.

©2020 Society for Leukocyte Biology.