Protein & Cell | 史岸冰/张静/林珑团队揭示内吞体膜上PI(4,5)P2代谢在先天免疫功效中的作用

为确定p38 MAPK信号在先天免疫中的作用，学界进行了大量研究，尤其关注p38 MAPK信号对哺乳动物肠道免疫系统的影响。对线虫肠道的研究也显示PMK-1/p38 MAPK通路在抵御病原体感染方面的重要性。在先天免疫反应启动时，磷脂酶C被激活，水解磷酸肌醇PI(4,5)P2为不饱和二酰甘油DAGs。DAG作为信使激活 TPA-1/PKC-δ，进而激活DKF-2/PKD，最终导致PMK-1/p38 MAPK 通路的关键组成TIR-1/SARM1磷酸化。多年来，学界对PI(4,5)P2代谢和p38 MAPK信号转导的理解一直局限于质膜。

为了系统性理解内吞体的功能机制以及生理病理功能，华中科技大学同济基础医学院史岸冰教授课题组近年来一直聚焦于极性细胞中的内吞体膜运输功能调控机制及其生理、病理效能研究。近日，史岸冰教授课题组在Protein & Cell杂志发表了题为Endosomal catabolism of phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate is fundamental in building resilience against pathogens（内吞体膜上磷脂酰肌醇4,5-二磷酸分解代谢是增强抵抗病原体能力的基础） 的研究论文。在该研究工作中，研究人员提出了依赖于内吞体膜的p38 MAPK信号转导概念，扩大了这一代谢过程的生理学范围。这一新观点不仅阐明了内吞体PI(4,5)P2水解的生理学意义，并且明确了该过程发生的精确亚细胞定位，进一步加深了对这一过程的空间和时间组织的理解。机制方面，该工作通过大量细胞学、遗传学以及生物化学实验阐明了小GTP酶RAB-10在控制PMK-1/p38 MAPK先天免疫中的核心作用，指出病原菌感染导致NHR-25介导LET-413/Erbin表达上调和RAB-10活化，随后引发UNC-16/JIP3和 EGL-8/PLC-β的内吞体募集，最终导致DAGs发生上调。

内吞体的一个重要特征是富集特定的磷酸肌醇，这些磷酸肌醇对于定义膜特性至关重要。然而，内吞体磷酸肌醇代谢与先天免疫之间的相互作用尚未完全了解。该研究证明了RAB-10/Rab10参与调节先天免疫的进化连续性，观察到秀丽隐杆线虫感染铜绿假单胞菌后，RAB-10缺失会导致动物的感染存活率降低，免疫报告基因irg-4表达下调。在机制探索过程中，该研究发现RAB-10缺失会导致内吞体上PI(4,5)P2大量累积，而PI(4,5)P2的水解产物DAG作为调控免疫的关键信号分子在亚细胞水平的标记水平下降。对缺失RAB-10动物的脂质组学分析进一步确认了该结论。

RAB-10作为一个内吞体运输调控小G蛋白，通过招募各种效应子来调控内吞体功能，诸如膜形变、膜出芽、膜缢裂以及细胞骨架介导的膜运动。为了确认是哪个效应因子参与了RAB-10介导的内吞体PI(4,5)P2的代谢过程，该研究对已报道的RAB-10效应因子进行了筛选，结果并没有获得有效的候选基因。为此，研究人员将目标转向了一个在小鼠中被报道和Rab10结合的新型蛋白JIP3。通过生化实验和细胞学验证，研究人员发现JIP3在线虫里的同源蛋白UNC-16是RAB-10的新型效应因子，检测到UNC-16缺失会导致和RAB-10缺失类似的免疫学表型、脂质组学结果。随后，研究人员对线虫基因组编码的膜磷脂酶进行了筛选，确定了该途径中关键的磷脂酶C/EGL-8。后续生化实验发现RAB-10先和UNC-16结合并将其招募到内吞体膜，而UNC-16后续将EGL-8招募到内吞体上。结构分析显示，UNC-16的亮氨酸拉链区LZII是和RAB-10、EGL-8结合必不可少的结构域，UNC-16 LZII结构域形成二聚体是其与RAB-10和EGL-8结合的必要条件。进一步，研究人员利用DAG模拟物PMA来恢复RAB-10、UNC-16、EGL-8缺失后的免疫效能，确认了该机制的可靠性。

一般来说，先天免疫反应主要包括三个步骤，每个步骤由不同类型的蛋白进行调控。第一个步骤是识别病原体：识别特定毒素或细菌蛋白，或对病原体引起的损伤作出反应；第二个步骤涉及激活下游蛋白和信号通路；第三个步骤涉及信号通路调控的免疫基因表达。该研究在解析内吞体上RAB-10介导PMK-1/p38 MAPK先天免疫机制之后，对识别感染的蛋白受体进行了探索，核受体成为首要关注的目标。此前有研究发现，核受体NHR-25表达的降低使免疫报告基因irg-4表达下降，表明NHR-25很可能是一种参与感知病原体感染的核受体。同时，有ChIP-seq实验在let-413启动子区域鉴定到和NHR-25结合的位点，提示NHR-25在调节let-413转录中的潜在作用。基于此，研究人员发现线虫在铜绿假单胞菌感染时RAB-10活性上调，而不是蛋白表达量增加。进一步的实验证明，RAB-10在感染期间的活性上调需要NHR-25上调RAB-10激活辅助因子LET-413的表达来完成。

综上所述，该研究揭示了一种新的肠道先天免疫调控机制，指出了内吞体膜上PI(4,5)P2代谢在先天免疫功效中的根本性作用，拓展了对p38 MAPK通路的认知。

华中科技大学同济基础医学院史岸冰教授、张静博士、林珑副教授为论文通讯作者，课题组博士生杨超、姚龙凤为第一作者。

https://doi.org/10.1093/procel/pwae041

制版人：十一

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