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保卫人体第一道防线: 揭示天然免疫应答的重要“刹车”机制

来源:广东科技报  2019-04-24 09:27:22


崔隽,博士,中山大学教授、博士生导师,中山大学生命科学学院教授,广东省免疫学会常务理事,中国免疫学会终身会员。曾获2011年全国百篇优秀博士论文提名奖,并获2013年广东省自然科学杰出青年基金项目资助,2014年入选“广东省特支计划”千百万青年工程拔尖人才,2015年入选国家自然科学基金优秀青年基金项目,并入选广东省高等学校优秀青年教师培养计划。主要研究方向为固有免疫系统识别和调控、信号转导机制与疾病相关性,以及系统生物学研究。在实验生物学(特别是分子免疫学)和计算生物学(生物信号传导网络的数学模型建立)领域均取得多项进展。目前已在Cell, Nature Immunology, Immunity,Mol Cell, Cell Res等国际知名学术杂志发表多篇论文。实验室的主要研究方向包括利用各种分子/细胞生物学手段和基因敲除小鼠研究:(1)天然免疫的信号调控(炎症,抗病毒免疫调控);(2)细胞自噬的调控;(3)天然免疫在肿瘤发生发展中的调控机制;(4)天然免疫信号网络的动力学和数学模拟。

研究人体第一道防线:天然免疫系统

当人体面对病毒入侵时,天然免疫系统承担了第一道防线的作用,其免疫细胞通过表面的模式识别受体(PRR)识别特定的病毒DNA或RNA片段,进而激发一系列抗病毒反应,包括干扰素和炎症因子的合成,以及启动适应性免疫反应等。在这一激发过程中,大多数的天然免疫细胞采用了TBK1-IRF3信号通路以最终促进干扰素的合成。其中,TBK1激酶是活化IRF3的关键酶,其本身受到磷酸化和泛素化等翻译后调节,作为其活性调控的主要方式。

2016年2月,中山大学崔隽与休斯顿卫理公会研究所王荣福教授联合的课题组揭示了TBK1的一个重要的泛素化调节体系NLRP4-USP38-DTX4/TRIP,后者左右着TBK1的稳定性,并维持着抗病毒反应中的免疫平衡。这一成果发表于Cell子刊《Molecular Cell》上。

说到泛素化修饰,我们自然会想到泛素化和去泛素化这两个方向相反的过程,以及在其中的多种作用酶。研究者们发现,USP38就是这样的一种作用于TBK1的去泛素化酶,作为干扰素合成信号通路的负调控因子,可显著下调抗病毒反应的强度。进一步的实现显示,USP38可激发TBK1的降解,并由蛋白酶体介导。当USP38基因被敲除后,小鼠的抗病毒反应会变得异常剧烈。

这听起来可能有些令人诧异。我们知道,泛素化标记通常代表蛋白降解的信号。因此,当去除这样的标记时,为何也会引起蛋白降解呢?

事实上,当暴露于病毒入侵时,TBK1会经历不止一种形式的多聚泛素化修饰,包括分别通过泛素单体上K63、K48、K33三种位点相互连接。有时,这不同泛素化修饰形式之间会存在着相互排斥的竞争关系。研究显示,USP38会切除从TBK1的K670位点上延伸出的K33连接多聚泛素链,从而使之得以“让位”于同样从K670位点开始的K48泛素化修饰,同时对K63泛素化修饰无明显影响。

崔隽与王荣福之前的工作已显示,K48连接的泛素化修饰可导致TBK1的降解。当模式识别受体NLRP4被激活后,其可招募泛素连接酶DTX4或TRIP,使其对TBK1的K670位点进行K48泛素化修饰。在这个研究中,NLRP4被发现同样介导了USP38对TBK1的去泛素化作用。在体外实验中,研究者们发现293T细胞在暴露于水泡性口炎病毒(VSV)六小时后,NLRP4和USP38便会开始作用于TBK1,而在又过了两小时后,DTX4和TRIP才会与TBK1作用。

研究者们据此提出,NLRP4-USP38-DTX4/TRIP构成了一个以NLRP4为中心的“信号体”,共同决定着TBK1的稳定性。TBK1是天然免疫细胞抗病毒信号通路的一个中心节点,同时接受着来自RLR、cGAS等多种模式识别受体的激发信号,以促进干扰素合成等一系列抗病毒反应。如果这一过程不受控制,则可能造成反应过度的后果,导致自体免疫疾病和慢性炎症等疾病。因此,NLRP4-USP38-DTX4/TRIP“信号体”对上述反应起着“刹车”的作用,以维持抗病毒反应中的免疫平衡。

最后,基于已有的各方研究成果,他们提出了一个与上述信号体相关的三步工作模型,其机理如下:1. 在暴露病毒感染后,TBK1首先会在多种模式识别受体的作用下被激起其自磷酸化活性,完成S172位点的磷酸化,同时经历K63和K33连接的泛素化修饰。如此活化后的TBK1会磷酸化激活IRF3,并最终上调干扰素的合成。2. 在接下来DYRK2激酶的作用下,TBK1的S527位点会被磷酸化,促使NLRP4和USP38结合到已活化的TBK1上,从而移除其K670位点上的K33连接多聚泛素链。3. 最后,NLRP4会招募DTX4和TRIP前去结合TBK1,以催化发生于K670位点上的K48连接泛素化修饰,进而及其TBK1由蛋白酶体介导的降解。

崔隽与王荣福的工作揭示了USP38在抗病毒反应中,通过调控高度动态的泛素化修饰过程,以维持天然免疫应答和免疫忍耐之间平衡的关键作用。这一机制可能在抗病毒及其他感染性疾病反应、乃至癌症的发生中都发挥着重要角色。

提供细胞自噬在天然免疫反应中的调控证据

抗病毒蛋白Tetherin是由干扰素诱导的宿主基因编码的重要抗病毒蛋白,它能广谱抑制冠状病毒、流感病毒、丙肝病毒、疱疹病毒、埃博拉病毒、艾滋病病毒等囊膜病毒,阻止它们出芽后的释放。然而,对于它是否能够直接调控细胞内的I型干扰素反应,从而影响细胞的抗病毒免疫,我们还知之甚少。

2017年9月,崔隽课题组在Molecular Cell杂志上发表了题为“Tetherin Suppresses Type I Interferon Signaling by Targeting MAVS for NDP52-Mediated Selective Autophagic Degradation in Human Cells”的论文,该研究不仅阐明了抗病毒蛋白Tetherin (BST2/CD317)能够通过募集E3泛素连接酶MARCH8泛素化修饰MAVS,从而通过诱导MAVS的自噬降解负向调控针对RNA病毒的抗病毒免疫的分子机制,而且揭示了货物受体NDP52通过细胞选择性自噬干预抗病毒免疫的新调控模式。

细胞自噬是真核生物体内降解细胞器、外源微生物和蛋白的一项基本生理活动,与诸多生理病理过程密切相关。最近的研究揭示蛋白修饰,特别是泛素化修饰参与了细胞自噬信号通路的激活和选择性自噬的底物选择。

在这项新的研究中,研究人员现Tetherin是I型干扰素的负向调控分子,在病毒感染后,I型干扰素能够诱导Tetherin的表达,之后Tetherin一方面直接束缚病毒,阻止其释放,从而抑制病毒的扩增,另一方面,通过募集MARCH8,介导RNA病毒信号通路中的核心分子MAVS的K27泛素化,诱导其降解,有效的抑制过度的I型干扰素反应,从而起到一石二鸟的免疫调控作用。

此外,研究人员还发现MAVS的K27-连接泛素链能够被货物受体NDP52识别,从而进行选择性自噬降解。有趣的是,由于人类和小鼠的NDP52的结构差异,Tetherin介导的MAVS的泛素化只能被人源的NDP52所识别和降解,而在小鼠细胞内则没有作用,该结果揭示了人和小鼠的免疫反应的差异。

目前越来越多的研究结果揭示了细胞自噬在天然免疫反应中的重要调控作用。值得一提的是,金寿恒博士在2016年年发表的EMBO J文章揭示了USP19分子,通过稳定自噬的关键蛋白Beclin-1,分别调控细胞自噬和抗病毒免疫。而崔隽课题组在之后先后发现货物受体p62介导的选择性自噬能够通过调控炎症小体组成分子AIM2和DNA病毒的关键受体分子cGAS的稳定性,从而负向调控DNA病毒介导的炎症反应和I型干扰素反应。

总的来说,这项工作为选择性细胞自噬对RNA病毒介导的I型干扰素通路的调控提供了新的证据,并对天然免疫中自噬与I型干扰素信号之间的crosstalk提供了新的见解。

成绩斐然低调的80后博导

崔隽长期从事固有免疫系统识别和调控、信号转导机制与疾病相关性研究,目前在Cell, Immunity, Nature immunology等顶级杂志发表了多项重要的研究论文。2009年崔隽在南京大学取得博士学位后,崔隽选择到美国贝勒医学院进修,后又在美国卫理会医院研究所进行了博士后工作,2012年9月回国后至今在中山大学生命科学学院担任教授。

崔隽在实验生物学(特别是分子免疫学)和计算生物学(生物信号传导网络的数学模型建立)领域均做出了多项杰出工作。2011年获得一项美国专利 NLRC5 AS A TARGET FOR IMMUNE THERAPY (20110229560)。2012年发表了许多具有研究价值的论文,如调节型Nod样受体(Regulatory Nod like receptor)蛋白分子的发现及其在固有免疫中的关键负向调控作用的系统研究,该项工作于2012年以崔隽为第一作者发表在国际顶尖杂志Nature immunology上;固有免疫中关键调控分子TAK1在中性粒细胞中的关键负向调控作用研究,部分相关成果发表在2012年的Immunity(并列第一作者)杂志上。

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