為確定p38 MAPK信號在先天免疫中的作用，學界進行了大量研究，尤其關注p38 MAPK信號對哺乳動物腸道免疫系統的影響。對線蟲腸道的研究也顯示PMK-1/p38 MAPK通路在抵御病原體感染方面的重要性。在先天免疫反應啟動時，磷脂酶C被激活，水解磷酸肌醇PI(4,5)P2為不飽和二酰甘油DAGs。DAG作為信使激活TPA-1/PKC-δ，進而激活DKF-2/PKD，最終導致PMK-1/p38 MAPK通路的關鍵組成TIR-1/SARM1磷酸化。多年來，學界對PI(4,5)P2代謝和p38 MAPK信號轉導的理解一直局限于質膜。
為了系統性理解內吞體的功能機制以及生理病理功能，華中科技大學同濟醫學院基礎醫學院 史岸冰 教授課題組近年來一直聚焦于極性細胞中的內吞體膜運輸功能調控機制及其生理、病理效能研究。近日，史岸冰教授課題組在Protein & Cell雜志發表了題為 Endosomal catabolism of phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate is fundamental in building resilience against pathogens（內吞體膜上磷脂酰肌醇4,5-二磷酸分解代謝是增強抵抗病原體能力的基礎）的研究論文。在該研究工作中，研究人員 提出了依賴于內吞體膜的p38 MAPK信號轉導概念，擴大了這一代謝過程的生理學范圍。 這一新觀點不僅闡明了內吞體PI(4,5)P2水解的生理學意義，并且明確了該過程發生的精確亞細胞定位，進一步加深了對這一過程的空間和時間組織的理解。機制方面，該工作通過大量細胞學、遺傳學以及生物化學實驗闡明了小GTP酶RAB-10在控制PMK-1/p38 MAPK先天免疫中的核心作用，指出病原菌感染導致NHR-25介導LET-413/Erbin表達上調和RAB-10活化，隨后引發UNC-16/JIP3和EGL-8/PLC-β的內吞體募集，最終導致DAGs發生上調。
內吞體的一個重要特征是富集特定的磷酸肌醇，這些磷酸肌醇對于定義膜特性至關重要。然而，內吞體磷酸肌醇代謝與先天免疫之間的相互作用尚未完全了解。該研究證明了RAB-10/Rab10參與調節先天免疫的進化連續性，觀察到秀麗隱桿線蟲感染銅綠假單胞菌后，RAB-10缺失會導致動物的感染存活率降低，免疫報告基因irg-4表達下調。在機制探索過程中，該研究發現RAB-10缺失會導致內吞體上PI(4,5)P2大量累積，而PI(4,5)P2的水解產物DAG作為調控免疫的關鍵信號分子在亞細胞水平的標記水平下降。對缺失RAB-10動物的脂質組學分析進一步確認了該結論。
RAB-10作為一個內吞體運輸調控小G蛋白，通過招募各種效應子來調控內吞體功能，諸如膜形變、膜出芽、膜縊裂以及細胞骨架介導的膜運動。為了確認是哪個效應因子參與了RAB-10介導的內吞體PI(4,5)P2的代謝過程，該研究對已報道的RAB-10效應因子進行了篩選，結果并沒有獲得有效的候選基因。為此，研究人員將目標轉向了一個在小鼠中被報道和Rab10結合的新型蛋白JIP3。通過生化實驗和細胞學驗證，研究人員發現JIP3在線蟲里的同源蛋白UNC-16是RAB-10的新型效應因子，檢測到UNC-16缺失會導致和RAB-10缺失類似的免疫學表型、脂質組學結果。隨后，研究人員對線蟲基因組編碼的膜磷脂酶進行了篩選，確定了該途徑中關鍵的磷脂酶C/EGL-8。后續生化實驗發現RAB-10先和UNC-16結合并將其招募到內吞體膜，而UNC-16后續將EGL-8招募到內吞體上。結構分析顯示，UNC-16的亮氨酸拉鏈區LZII是和RAB-10、EGL-8結合必不可少的結構域，UNC-16 LZII結構域形成二聚體是其與RAB-10和EGL-8結合的必要條件。進一步，研究人員利用DAG模擬物PMA來恢復RAB-10、UNC-16、EGL-8缺失后的免疫效能，確認了該機制的可靠性。
一般來說，先天免疫反應主要包括三個步驟，每個步驟由不同類型的蛋白進行調控。第一個步驟是識別病原體：識別特定毒素或細菌蛋白，或對病原體引起的損傷作出反應；第二個步驟涉及激活下游蛋白和信號通路；第三個步驟涉及信號通路調控的免疫基因表達。該研究在解析內吞體上RAB-10介導PMK-1/p38 MAPK先天免疫機制之后，對識別感染的蛋白受體進行了探索，核受體成為首要關注的目標。此前有研究發現，核受體NHR-25表達的降低使免疫報告基因irg-4表達下降，表明NHR-25很可能是一種參與感知病原體感染的核受體。同時，有ChIP-seq實驗在let-413啟動子區域鑒定到和NHR-25結合的位點，提示NHR-25在調節let-413轉錄中的潛在作用。基于此，研究人員發現線蟲在銅綠假單胞菌感染時RAB-10活性上調，而不是蛋白表達量增加。進一步的實驗證明，RAB-10在感染期間的活性上調需要NHR-25上調RAB-10激活輔助因子LET-413的表達來完成。
綜上所述， 該研究揭示了一種新的腸道先天免疫調控機制，指出了內吞體膜上PI(4,5)P2代謝在先天免疫功效中的根本性作用，拓展了對p38 MAPK通路的認知。
華中科技大學同濟基礎醫學院史岸冰教授、張靜博士、林瓏副教授為論文通訊作者，課題組博士生楊超、姚龍鳳為第一作者。
原文鏈接：https://doi.org/10.1093/procel/pwae041
