이 연구에서 우리는 immune response, lipid metabolism and intestinal homeostasis의 알려진 transcriptional regulators 간의 crosstalk을 메카니즘적으로 설명합니다. 여기서 우리는 anti-inflammatory cytokine IL-10이 염증의 지속 시간을 조절하는 이전에 설명되지 않은 메커니즘을 밝혀냈습니다. 특히 IL-10 신호가 없는 경우, de novo sphingolipid synthesis pathway로의 유입이 증가하여 inflammatory gene expression을 촉진하는 VLC ceramides가 축적되는 것을 발견했습니다. 예상치 못하게도 sphingolipid production의 변화는 합성 경로에서 enzymes을 암호화하는 유전자의 transcript levels에 의해 매개되지 않는다는 사실을 발견했습니다. 대신, ceramides biogenesis의 변화는 IL-10이 Scd2 유전자 발현과 그에 따른 long chain MUFAs의 합성을 제어하는 능력으로 추적되었습니다. 특히, SCD2의 pharmacologic inhibition or genetic deletion은 IL-10 결실과 유사한 방식으로 새로운 ceramides 합성 경로에 관여했습니다. de novo ceramides 합성 경로로의 유입을 조절하는 알려진 체크포인트는 거의 없으며, de novo MUFA 합성이 이 경로를 어떻게 길항하는지는 아직 명확하지 않습니다. 한 가지 가능성은 MUFA 합성이 제한되면 palmitate와 같은 saturated fatty acid precursors가 증가한다는 것입니다. palmitoyl-CoA와 serine의 condensation은 ceramides de novo 합성 경로의 첫 번째 단계이며 모든 downstream sphingolipid metabolites의 생성에 필요합니다. 실제로 IL-10이 deficient되면 macrophages에서 total cellular palmitate가 약간 증가합니다. 그러나 MUFA synthesis를 둔화시키고 total ceramides를 증가시키는 SCD2의 genetic deletion은 total 또는 synthesis palmitate에 영향을 미치지 않아, 다른 조절 메커니즘이 더 가능성이 높다는 것을 시사합니다. 특히, SCDi 처리 또는 Scd2의 conditional knockout은 N-acylated tail의 saturation에 관계없이 대부분의 ceramides species의 양을 증가시키는 것으로 나타났습니다. 이는 MUFA가 ceramides acyl tail과 관련하여 제한적이지 않으며 substrate availability 외부에서 ceramides biogenesis로의 플럭스를 조절하는 데 더 광범위한 역할을 할 수 있음을 시사합니다. 따라서 또 다른 가능성은 IL-10-mediated MUFA synthesis가 orosomucoid (ORM) 계열 단백질의 활성에 관여할 수 있다는 것입니다. ORM 단백질은 SPTLC2와 같은 serine palmitoyl transferases와 길항하여 sphingolipid 경로로의 플럭스를 감소시킵니다. 특히 ORM은 airway inflammation에 영향을 미치는 것으로 알려져 있으며 다른 대사 프로그램에 의해 조절되는 것으로 보고되었습니다. IL-10 신호와 MUFAs가 ceramide de novo synthesis에 미치는 영향에 필요한 인자를 완전히 조사하기 위해서는 추가적인 생화학적 분석이 필요할 것입니다.

ceramides가 염증과 세포 사멸에 미치는 영향을 조사한 많은 이전 연구에서는 포유류 세포에서 endogenously하게 합성되지 않는 short chain C2 ceramides 유사체를 사용했습니다. 여기서는 면역 세포에서 endogenously하게 생성되는 long chain 및 VLC ceramides에 초점을 맞추고, C2 ceramides와 달리 long chain 및 VLC ceramides의 exogenous addition은 세포 사멸을 유도하거나 inflammasome 활성화를 촉진하지 않는 것으로 나타났습니다. 또한 long chain ceramides가 아닌 saturated VLC ceramides만이 macrophages 염증을 강화할 수 있음을 관찰하여(Fig. 1g), silico에서 예측한 결과에 대한 실험적 증거를 제시했습니다. 또한, VLC ceramides 꼬리의 ‘desaturation status’가 macrophages 염증의 크기를 조절하는 데 중요한 추가 기능임을 확인했습니다. 이러한 연구 결과는 VLC ceramides가 inflammation machinery에 정보를 전달하는 방식에 대한 놀라운 수준의 특이성을 시사하며, 향후 연구에서는 unsaturated ceramides가 아닌 saturated ceramides가 inflammatory gene expression을 매개하는 방식에 초점을 맞추는 것이 중요할 것입니다. 또한, downstream sphingolipid metabolites가 염증에 어떤 영향을 미치는지 알아보기 위한 추가 연구가 필요합니다. 따라서 macrophages에서 IL-10 신호와 sphingolipidome의 역할을 완전히 규명하기 위해서는 추가 연구가 필요합니다. 또한 IL-10 신호의 손실은 대부분의 saturated 및 모든 mono-unsaturated sphingomyelins을 감소시킨다는 점에 주목할 필요가 있습니다(Fig. 1d). 이는 MUFA의 감소(Fig. 3b), sphingomyelin synthesis에 필요한 endoplasmic reticulum-to-Golgi transport 장애 또는 sphingomyelin degradation증가로 인한 것일 수 있습니다. immune cell types에서 inflammatory cytokine signalling에 대한 반응으로 강화된 sphingomyelin degradation이 관찰되었지만, sphingomyelin degradation 증가가 염증에 어떤 영향을 미치는지에 대한 정확한 메커니즘은 아직 잘 알려지지 않았습니다. IL-10 신호가 sphingolipid salvage pathways에 영향을 미치는지 여부와 그 방법을 규명하기 위해서는 추가 연구가 필요합니다.

우리는 VLC ceramides에 대한 response 또는 MUFA synthesis의 부재에서 관찰되는 persistent inflammation이 NF-κB 가족 구성원인 REL의 지속적인 활동으로 추적될 수 있음을 발견했습니다. IL-10과 REL 간의 Crosstalk은 이전에 macrophages에서 연구된 바 있지만, REL transcriptional activity가 IL-10 신호의 downstream fatty acid desaturation에 의해 영향을 받을 수 있다는 관찰은 fatty acid homeostasis manipulation이 immune cell activation과 직접적으로 연관되어 있다는 생각을 강화합니다. 또한 REL이 IL-10 신호가 없을 때 지속적인 inflammatory gene expression에 중추적이며 myeloid cells의 원형 표적인 Il12a 및 Il12b 외부의 inflammatory gene expression에 중요하다는 강력한 증거를 제공합니다. 따라서 REL 활성을 조절하는 lipid sensor signalling pathways를 규명하는 것은 광범위한 metabolic 및 sterile inflammatory diseases에서 관찰되는 비정상적인 염증을 조절하는 새로운 표적으로 작용할 수 있습니다. saturated VLC ceramides가 REL cellular location을 구체적으로 지시하는 정확한 메커니즘은 아직 명확하지 않으며 향후 연구의 중요한 주제가 될 것입니다. VLC ceramides에 대한 반응으로 REL nuclear location이 RELA보다 더 크게 영향을 받는 이유도 아직 명확하지 않은데, 이는 inflammatory kinetics, transcription factor-specific post-translational modifications 또는 특정 NF-κB 계열을 표적으로 하는 알려지지 않은 신호 캐스케이드 때문일 수 있습니다. VLC ceramides가 REL 활성화에 어떻게 관여하는지 완전히 이해하려면 추가 연구가 필요합니다.

마지막으로, VLC ceramides의 유전적 감소 또는 MUFA를 경구 투여하면 IL-10 또는 IL-10R-deficient mice에서 발견되는 colonic inflammation을 줄일 수 있음을 발견했습니다(Fig. 2c-f). 이는 de novo lipid synthesis pathways의 조절이 colonic homeostasis 및 건강 유지에 중요함을 시사합니다. IL-10 또는 IL-10R에 deleterious mutations이 있는 사람은 생후 몇 개월 이내에 생명을 위협하는 심각한 장염이 발생합니다. 이러한 사람들은 anti-TNF biologicals이나 스테로이드와 같은 표준 형태의 면역 억제에 효과적으로 반응하지 않습니다. haematopoietic stem cell transplant 외에는 기능적 IL-10 신호가 부족한 환자의 IBD에 효과적인 치료 옵션이 없습니다. 흥미롭게도 unsaturated fats이 많은 지중해식 식단을 통한 식이 요법은 6개월 만에 IBD 환자의 질병 매개 변수를 감소시키는 것으로 나타났습니다. 지중해식 식단의 핵심 구성 요소는 MUFA가 풍부한 올리브 오일입니다. 따라서 지중해식 식단의 이점은 부분적으로는 VLC ceramides 대사의 변화를 통한 MUFA-mediated repression of colonic inflammation에 의존할 수 있다고 추측할 수 있습니다. 실제로 당사의 mice 데이터는 exogenous MUFA의 경구 전달이 colon의 inflammation을 유익하게 억제할 수 있으며 fatty acid ‘metabolite correction’에 초점을 맞춘 새로운 대장염 치료법을 확립하는 데 도움이 될 수 있음을 강력하게 시사합니다.