? 研究背景

膿毒癥是重癥監護室患者死亡的主要原因，其中高達60%的患者會出現膿毒癥誘導的心肌病（SICM），表現為射血分數降低、左心室擴張和早期可逆性心肌功能障礙。SICM顯著影響膿毒癥患者的預后和死亡率，其死亡率約為無心肌功能障礙膿毒癥患者的三倍。心臟免疫穩態在逆轉心肌功能障礙和促進心臟康復中發揮關鍵作用，巨噬細胞是膿毒癥心臟中主要的免疫細胞。規律運動可減輕代謝和免疫適應不良，保護心血管，但運動如何調節心臟免疫微環境尚不清楚。因此，本研究旨在探討自愿跑步是否通過預訓練心臟巨噬細胞來保護膿毒癥誘導的心肌病中的心臟功能。

? 研究結果

2.1 規律運動通過調節心臟免疫微環境保護SICM心臟功能

研究人員讓小鼠進行三個月的自愿跑步訓練，隨后通過腹腔注射脂多糖（LPS）誘導膿毒癥。結果顯示，規律運動顯著保護小鼠免受LPS誘導的膿毒癥傷害，表現為體溫下降和體重減輕程度降低。超聲心動圖顯示，運動組小鼠的射血分數（EF）和短軸縮短率（FS）分別改善了約21%和34%。TUNEL和DHE染色顯示運動減少了心肌細胞凋亡和氧化損傷。Bulk RNA測序分析表明，運動在SICM組中誘導了更顯著的轉錄組變化，抑制了炎癥相關基因（如Cxcl3、Il6、Ccl2、Cd14），激活了心臟功能相關基因（如動作電位、心肌收縮、脂質生物合成過程）。血清ELISA檢測顯示運動有效減輕了LPS誘導的促炎反應（IL-1β和TNF-α降低）。雖然總CD68+巨噬細胞浸潤無變化，但運動使Arg1+修復型巨噬細胞增加了104%。這些結果表明，規律運動通過調節心臟免疫微環境來保護膿毒癥期間的心臟功能。

2.2 自愿跑步調控膿毒癥心臟免疫微環境

為深入表征運動對膿毒癥心臟免疫微環境的影響，研究人員對PBS（久坐）、LPS（久坐）和LPS（運動）三組小鼠的心臟CD45+細胞進行了單細胞RNA測序。共獲得50471個高質量細胞，鑒定出13個心臟免疫細胞群，包括巨噬細胞、單核細胞、常規樹突狀細胞、漿細胞樣樹突狀細胞、中性粒細胞、NK細胞、CD4+和CD8+T細胞、γδT細胞、B細胞、ILC2型細胞、肥大細胞和增殖細胞。分析顯示，膿毒癥誘導了單核細胞和中性粒細胞向心臟的浸潤，而規律運動顯著增強了單核細胞向膿毒癥心臟的浸潤。Bulk RNA測序的免疫浸潤分析與此一致，且PBS（久坐）和PBS（運動）組之間無顯著差異。這些數據提示，規律運動通過調節單核細胞來源的巨噬細胞來調控膿毒癥心臟免疫微環境。

2.3 自愿跑步調節SICM中的心臟單核細胞和巨噬細胞亞群

鑒于單核細胞和巨噬細胞占膿毒癥心臟免疫細胞的近一半，研究人員重點研究了這些群體。通過氯膦酸鹽脂質體清除單核細胞和巨噬細胞后，運動對膿毒癥的保護作用（體溫、體重、心臟功能、凋亡和氧化損傷的改善）被完全消除，表明這些細胞對運動誘導的心臟保護至關重要。二次聚類分析鑒定出六個亞群：Ly6c2低表達單核細胞、Ly6c2高表達單核細胞、Lyve1+巨噬細胞、MHC II高表達巨噬細胞、Ccr2+巨噬細胞和iNOS+單核細胞。其中，iNOS+單核細胞亞群同時表達促炎基因（如Nos2）和修復性基因（如Arg1、Slpi、Fabp5），在膿毒癥心臟中顯著升高且被運動進一步誘導。偽時間分析顯示Ly6c2高表達單核細胞位于軌跡起始端，而MHC II高表達巨噬細胞和iNOS+單核細胞位于末端。運動還逆轉了膿毒癥誘導的MHC II高表達巨噬細胞減少。細胞間通訊分析揭示了運動如何調節膿毒癥心臟中免疫細胞的相互作用。這些發現表明，規律運動通過調節單核細胞和巨噬細胞亞群的分化和組成來保護SICM心臟功能。

2.4 規律運動誘導單核細胞來源的iNOS+亞群保護膿毒癥心臟功能

考慮到MHC II高表達巨噬細胞和Ccr2+巨噬細胞的補充完全或部分依賴于Ly6c2高表達單核細胞的分化，研究人員進一步探究了iNOS+單核細胞的作用。他們設計了靶向納米抑制劑（TRIM負載的脂質體，表面偶聯抗Ly6C抗體）特異性抑制單核細胞中的iNOS。結果顯示，抑制iNOS消除了運動對膿毒癥的保護作用，甚至在久坐小鼠中加重了LPS誘導的心臟功能障礙。時程分析顯示，膿毒癥期間心臟巨噬細胞從iNOS+向Arg1+轉變，而運動加速了這一轉變。進一步使用納米抑制劑靶向抑制Arg1，同樣消除了運動的保護效果，包括體溫下降、體重減輕、IL-1β和TNF-α水平以及心肌損傷的改善，并破壞了iNOS+向Arg1+巨噬細胞的加速轉變。這些發現表明，iNOS和Arg1在單核細胞來源的巨噬細胞中的表達均有助于保護SICM心臟功能，且運動加速了從iNOS+向Arg1+巨噬細胞的轉變。

2.5 運動增強SICM期間單核細胞來源巨噬細胞的糖酵解和隨后的組蛋白乳酸化

為闡明iNOS+單核細胞發揮抗炎功能的機制，研究人員分析了其代謝特征。使用Compass算法進行通量平衡分析顯示，運動通過促進或抑制多種代謝通路重塑了膿毒癥心臟中的巨噬細胞代謝。分析揭示，運動顯著增強了整個單核細胞和巨噬細胞群體、單核細胞、巨噬細胞和iNOS+單核細胞的糖酵解，同時抑制了TCA循環。Seahorse實驗驗證了運動組單核細胞的糖酵解率比久坐組高約55%，細胞內乳酸水平也相應升高約50%。Western blot顯示，運動在循環單核細胞和心臟巨噬細胞中誘導了全局性組蛋白賴氨酸乳酸化（Pan Kla）。這些發現表明，運動增強單核細胞糖酵解，導致乳酸產生增加，進而驅動單核細胞來源巨噬細胞的組蛋白乳酸化，這種代謝重編程有助于保護SICM心臟功能。

2.6 自愿跑步誘導單核細胞來源巨噬細胞的組蛋白乳酸化以保護SICM心臟功能

為評估這一保護機制的臨床相關性，研究人員對SICM患者和健康供體的外周血單核細胞進行了RNA測序。結果顯示，SICM患者單核細胞的糖酵解和TCA循環活性均增加，乳酸脫氫酶A（LDHA）表達顯著升高。為探究運動誘導的組蛋白乳酸化的作用，研究人員構建了髓系細胞特異性LDHA敲除（CKO）小鼠。CKO小鼠表現出運動保護作用的逆轉，包括體溫下降、體重減輕、心臟功能改善以及凋亡和氧化損傷減少的效應均消失。免疫熒光分析顯示，運動使心臟巨噬細胞的組蛋白乳酸化增加，且與修復標志物Arg1的表達相關，但CKO小鼠中這些增強效應均被消除。這些結果表明，運動誘導的單核細胞和單核細胞來源巨噬細胞的組蛋白乳酸化在保護SICM心臟功能中發揮關鍵作用。

2.7 運動增強人和小鼠單核細胞中的H3K18組蛋白乳酸化

為鑒定運動誘導的組蛋白乳酸化特異性位點，研究人員檢測了多種組蛋白賴氨酸殘基的乳酸化水平。結果顯示，H3K18la在運動后顯著升高，且在LPS挑戰后進一步增加，而其他位點（H3K9la、H3K14la、H4K5la、H4K8la、H4K12la、H4K16la）無顯著變化。為驗證運動是否在人類單核細胞中同樣促進H3K18la，研究人員招募了久坐和活躍生活方式的志愿者。用20mM外源性乳酸處理久坐志愿者單核細胞后，Pan Kla和H3K18la水平增加。一致地，活躍志愿者單核細胞的Pan Kla和H3K18la水平顯著高于久坐個體。時程分析顯示，1天或7天運動不改變組蛋白乳酸化水平，但14天運動后顯著增加，28天運動后進一步升高。14天運動即可減輕體重下降并保護心臟功能，28天運動增強這些保護效果。這些發現證明，運動誘導人和小鼠單核細胞中的H3K18la，在保護SICM心臟功能中發揮關鍵作用。

2.8 運動通過p300和HDAC2增強單核細胞中的H3K18組蛋白乳酸化

為鑒定H3K18la的乳酸轉移酶和去乳酸化酶，研究人員聚焦于p300和HDAC1-3。siRNA沉默p300后，乳酸誘導的Pan Kla和H3K18la被消除，表明p300是單核細胞中H3K18la的乳酸轉移酶。沉默HDAC2（而非HDAC1或HDAC3）顯著增加H3K18la水平，表明HDAC2是主要的去乳酸化酶。為闡明H3K18la是否調控iNOS+向Arg1+巨噬細胞的轉變，研究人員用乳酸預處理骨髓來源巨噬細胞（BMDM），然后進行LPS時程挑戰。乳酸預處理顯著增強Arg1表達而不影響iNOS表達，促進了向修復型巨噬細胞的更快轉變。CUT&Tag分析顯示H3K18la在Arg1啟動子區域顯著富集，且LPS刺激后富集增加，運動背景下富集程度更高。這些結果表明，運動誘導的H3K18la由p300和HDAC2調控，通過促進向修復型巨噬細胞的更快轉變和恢復免疫穩態來發揮保護作用。

2.9 乳酸教育的單核細胞輸注改善SICM心臟功能

最后，研究人員評估了這些發現的轉化應用價值。在更臨床相關的盲腸結扎穿孔（CLP）多微生物膿毒癥模型中，運動同樣顯著防止了體溫下降、體重減輕、IL-1β和TNF-α產生增加，改善了心臟功能，減少了凋亡和氧化應激。過繼轉移實驗顯示，將運動供體小鼠的單核細胞輸注到久坐受體小鼠中，顯著緩解了膿毒癥引起的體溫下降、體重減輕和炎癥因子產生，改善了心臟功能并減少了心肌凋亡。為模擬運動的益處，研究人員用乳酸培育的循環單核細胞以誘導組蛋白乳酸化，然后輸注到SICM小鼠中。PKH26標記證實這些單核細胞定位于心臟。乳酸培育的單核細胞輸注顯著增強了心臟功能，減少了膿毒癥心臟的凋亡和氧化損傷，效果與自愿運動相似。用p300抑制劑C646預處理的單核細胞輸注則消除了運動保護作用。這些發現表明，H3K18la對保護SICM心臟功能至關重要，乳酸誘導的單核細胞過繼轉移是一種有前景的治療策略。

? 研究結論

本研究系統闡明了運動保護膿毒癥誘導心肌病的分子機制：規律運動通過增強單核細胞糖酵解，增加乳酸產生，進而通過p300介導的H3K18組蛋白乳酸化和HDAC2介導的去乳酸化調控，誘導單核細胞來源巨噬細胞中修復性基因（如Arg1）的表達，促進巨噬細胞從促炎表型（iNOS+）向修復表型（Arg1+）的快速轉變，從而恢復心臟免疫穩態、減輕炎癥反應、減少心肌細胞凋亡和氧化損傷，最終保護心臟功能。研究還鑒定了一個獨特的iNOS+Arg1+巨噬細胞亞群，其同時表達促炎和修復基因，在膿毒癥早期發揮清除細胞碎片的作用，隨后加速炎癥消退。重要的是，該研究證明了乳酸培育的單核細胞過繼轉移可模擬運動的保護效果，為膿毒癥誘導的心肌病提供了一種潛在的細胞治療策略。此外，活躍生活方式人群的循環單核細胞表現出更高的組蛋白乳酸化水平，提示該機制具有臨床轉化價值。

Sun S, Lai C, Huang C, Ren X, Zhang T, Zou J, Tong Y, Zhou Q, Lu J, Shen Z, Chen W, Wang R, Rabrenovic N, Wang X, Ma B, Qian J, Fu G, Shang M. Exercise-induced histone lactylation in monocyte-derived macrophages restores cardiac immune homeostasis and function in sepsis-induced cardiomyopathy. Nat Commun. 2025 Dec 15;17(1):756. doi: 10.1038/s41467-025-67443-8. PMID: 41398160; PMCID: PMC12819526.