Cell：酸性组织微环境可能是慢性炎症的重要肇事者

炎症，是人体对抗外来病原体和损伤的重要“防线”，它能够有效维护机体健康，并清除潜在的威胁。然而，炎症反应如果失控，便可能演变成组织损伤、慢性疾病甚至癌症，成为医学研究的焦点。许多研究集中在炎症如何影响身体各种器官及其微环境，但“组织微环境如何反过来影响炎症过程”这一问题，尤其是酸性微环境对免疫细胞功能的调节机制，仍未被充分揭示。近期，波士顿儿童医院/哈佛医学院周旭团队携手耶鲁大学Medzhitov 教授团队的一项开创性研究在Cell上发表，首次揭示了巨噬细胞内转录调控粒子BRD4凝聚体作为细胞内pH传感器的机制，为我们理解炎症和代谢的交互调控提供了新视角。

炎症和局部酸性环境：身体健康的“酸碱秘密”

正常情况下，人类身体各组织的pH环境相对稳定。以血液为例，pH严格维持在7.35-7.45之间，任何微小偏差都可能提示疾病状态，如感染引起的代谢性酸中毒。大脑、淋巴结及肿瘤区域因局部血供不足、代谢异常等原因，也会出现不同程度的pH下降，形成酸性微环境。酸性环境不仅是病理状态的标志，也可深刻影响细胞功能和免疫反应。

细胞不仅能够“维持”其内外pH平衡，还能“感知”周围环境的pH变化。已有研究识别出细胞膜上的一系列pH感应受体，如GPR65、GPR68等，它们可以感知细胞外pH变化，调节代谢和免疫反应，比如运动时导致的肌肉疼痛、代谢调节等，但细胞内部是否存在直接的pH感知与响应机制，一直是免疫学的难点。

免疫系统中，巨噬细胞作为“前哨”，能快速识别和响应异常环境，调控基因表达，驱动炎症反应。巨噬细胞是否能通过感知细胞内pH变化，动态调节其炎症水平？这是本研究着眼的关键问题。

研究设计：重塑炎症背景下的酸性环境

团队在LPS（脂多糖，细菌成分）刺激的小鼠炎症模型中检测到了巨噬细胞及其分泌物显著的酸性pH变化，约6.5，远低于正常细胞培养环境（pH7.4）。随后，体外实验通过将巨噬细胞分别置于pH 7.4与pH 6.5培养基中，预处理4小时，再用LPS刺激4小时，模拟炎症诱导的酸性局部环境，探究pH对炎症因子的影响。

结果显示不同炎症因子对酸性pH环境的反应存在显著差异：

• pH不敏感基因：表达稳定，涵盖基本先天免疫与抗细菌反应基因。
• pH抑制型基因：表达被酸性环境明显抑制，主要涉及抗原呈递、抗病毒及炎症调节通路。
• pH协同型基因：表现出在酸性条件下被诱导，上调血管生成、T细胞分化等免疫功能相关基因。

RNA-seq与线性去卷积分析共识别出1620个pH敏感差异表达基因，展示了酸性pH在基因调控上的精准调节，而非简单的泛抑制或促进。

这一结果颠覆了传统认为酸性环境“抑制炎症”的单一观点，说明组织微环境通过pH的精细调控，可能重塑免疫应答的性质和强度，具有重要的生理及病理意义。

揭秘机制：酸性pH如何影响基因表达？

接下来，研究组进一步探究这一pH依赖调控机制的分子基础。研究发现：

1. 该调控机制不依赖于传统pH感受器——巨噬细胞中高表达的Gpr65、Gpr68不参与此调控。
2. 与低氧诱导因子无关——Hif1a和Hif2a不参与调节。
3. 非炎症小体、非蛋白合成或DNA复制阻断相关，亦不依赖TLR4和干扰素信号通路。
4. 转录调控层面起作用，即主要通过调节基因转录激活实现pH响应。

通过ATAC-seq和ChIP-seq分析（染色质开放性与组蛋白修饰），发现酸性pH仅选择性影响特定基因的染色质可及性与增强子活性，而不改变全基因组的表观遗传状态。pH抑制型基因的启动子区域H3K4me3和H3K27ac水平降低，增强子活性被抑制，这提示酸性环境可以通过影响染色质结构辅助调节转录活性。

核心发现：BRD4凝聚体作为细胞内pH传感器

为揭露pH信号感知的关键分子，团队参考酵母pH敏感蛋白的特征氨基酸序列，聚焦哺乳动物蛋白数据库进行筛选，最终“锁定”转录因子BRD4。

BRD4，是转录激活的重要调节因子，具备大量无序结构区(IDR)，能与其它转录共激活因子如MED1、P-TEFb和RNA聚合酶II形成液-液相分离（LLPS）驱动的“转录凝聚体”。这些凝聚体对基因表达具有增强作用。

研究显示：酸性pH（6.5）会破坏BRD4凝聚体的形成，这一效应是可逆的——恢复到中性pH后，凝聚体迅速复原，基因表达亦同步恢复。进一步，约70%的pH敏感基因受BRD4调控，BRD4的IDR区域过表达能够部分“挽救”pH抑制型基因的表达。

细节方面，BRD4 IDR内含两段富含组氨酸(His)及脯氨酸(Pro)、天冬氨酸(Glu)序列（aa721-800和aa1001-1080），突变其中组氨酸为丙氨酸后，凝聚体就不再对酸性pH失稳。这是因为组氨酸的pKa约为6.0，在弱酸环境中质子化后，改变蛋白质间的相互作用，破坏液-液相分离结构。

更为有趣的是，将这一组氨酸簇模块移植到FUS蛋白的IDR区，也赋予该蛋白对pH的响应能力，说明组氨酸簇是一种可模块化的“酸性传感元件”。

这一发现首次从分子级别揭示了细胞内如何通过转录凝聚体实现pH感知，填补了长期以来细胞内pH感应机制的空白。

糖酵解与BRD4：炎症-代谢耦合的反馈回路

研究团队还发现， BRD4不仅调控炎症基因，也促进糖酵解关键酶表达。LPS刺激会增强巨噬细胞糖酵解，导致细胞内pH下降，进而抑制BRD4凝聚体。

使用BRD4抑制剂JQ1后，巨噬细胞的糖酵解明显减弱，提示BRD4通过促进糖代谢反向影响细胞内pH环境，二者共同形成一个负反馈调节环路：

• LPS刺激 → 糖酵解增强 → pH下降 → BRD4凝聚体解聚 → 特定基因表达调控 → 限制炎症过度激活。

这一反馈机制有效防止炎症反应过度激烈造成的组织损伤，实现炎症和代谢的动态平衡。

研究意义与展望

这项研究首次提出“转录凝聚体作为细胞内pH传感器”的概念，开辟了细胞微环境调控免疫反应的新领域。能够精准感知并响应炎症引起的局部酸性环境，细胞利用BRD4这一机制在转录层面实现动态、可逆的基因表达调控，为免疫细胞适应反复波动的病理环境提供了分子基础。

这不仅加深了我们对于炎症、糖代谢及表观遗传相互作用的理解，也为探索慢性炎症、自身免疫病和肿瘤微环境中的免疫调节提供参考。更重要的是，BRD4作为pH传感器的发现，为靶向其IDR结构和pH调控机制开发新型抗炎药物带来希望，有望推动精准治疗策略的发展。

梅斯编辑点评

此次周旭团队与Medzhitov教授团队合作，呈现了免疫细胞应对局部酸性环境的“惊人妙招”——通过BRD4凝聚体的动态组装实现pH敏感的转录调控。这种从微环境pH感知到基因表达精准调控的发现，既有深刻理论价值，也在临床抗炎、代谢调节领域具备巨大潜力。

几点思考：

• BRD4凝聚体pH敏感性的发现是否适用于其他免疫细胞或者非免疫细胞？其机制普遍性如何？
• 在慢性炎症或肿瘤酸性微环境中，BRD4功能失调会带来怎样的病理后果？
• 针对BRD4 IDR区域的pH调控开发小分子药物，如何兼顾效果与安全性？
• 此外，是否存在其他转录因子或凝聚体同样具备细胞内pH感知功能？

未来研究若能抓住这些关键问题，将有助于将基础发现转化为临床诊疗新策略，引领免疫代谢调控学科的新篇章。

精益求精的科学探索正揭示着人类生命的复杂精妙，也提醒我们：任何细胞的微小环境变化，都可能写就健康与疾病的关键篇章。了解并干预这些“隐形开关”，是医学未来的必然趋势。