為確定p38 MAPK信號(hào)在先天免疫中的作用，學(xué)界進(jìn)行了大量研究，尤其關(guān)注p38 MAPK信號(hào)對(duì)哺乳動(dòng)物腸道免疫系統(tǒng)的影響。對(duì)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(yīng)啟動(dòng)時(shí)，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(jìn)而激活DKF-2/PKD，最終導(dǎo)致PMK-1/p38 MAPK通路的關(guān)鍵組成TIR-1/SARM1磷酸化。多年來(lái)，學(xué)界對(duì)PI(4,5)P2代謝和p38 MAPK信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的理解一直局限于質(zhì)膜。

為了系統(tǒng)性理解內(nèi)吞體的功能機(jī)制以及生理病理功能，華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院 史岸冰 教授課題組近年來(lái)一直聚焦于極性細(xì)胞中的內(nèi)吞體膜運(yùn)輸功能調(diào)控機(jī)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(fā)表了題為 Endosomal catabolism of phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate is fundamental in building resilience against pathogens（內(nèi)吞體膜上磷脂酰肌醇4,5-二磷酸分解代謝是增強(qiáng)抵抗病原體能力的基礎(chǔ)）的研究論文。在該研究工作中，研究人員 提出了依賴于內(nèi)吞體膜的p38 MAPK信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)概念，擴(kuò)大了這一代謝過(guò)程的生理學(xué)范圍。 這一新觀點(diǎn)不僅闡明了內(nèi)吞體PI(4,5)P2水解的生理學(xué)意義，并且明確了該過(guò)程發(fā)生的精確亞細(xì)胞定位，進(jìn)一步加深了對(duì)這一過(guò)程的空間和時(shí)間組織的理解。機(jī)制方面，該工作通過(guò)大量細(xì)胞學(xué)、遺傳學(xué)以及生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)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(dǎo)致NHR-25介導(dǎo)LET-413/Erbin表達(dá)上調(diào)和RAB-10活化，隨后引發(fā)UNC-16/JIP3和EGL-8/PLC-β的內(nèi)吞體募集，最終導(dǎo)致DAGs發(fā)生上調(diào)。

內(nèi)吞體的一個(gè)重要特征是富集特定的磷酸肌醇，這些磷酸肌醇對(duì)于定義膜特性至關(guān)重要。然而，內(nèi)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(diào)節(jié)先天免疫的進(jìn)化連續(xù)性，觀察到秀麗隱桿線蟲感染銅綠假單胞菌后，RAB-10缺失會(huì)導(dǎo)致動(dòng)物的感染存活率降低，免疫報(bào)告基因irg-4表達(dá)下調(diào)。在機(jī)制探索過(guò)程中，該研究發(fā)現(xiàn)RAB-10缺失會(huì)導(dǎo)致內(nèi)吞體上PI(4,5)P2大量累積，而PI(4,5)P2的水解產(chǎn)物DAG作為調(diào)控免疫的關(guān)鍵信號(hào)分子在亞細(xì)胞水平的標(biāo)記水平下降。對(duì)缺失RAB-10動(dòng)物的脂質(zhì)組學(xué)分析進(jìn)一步確認(rèn)了該結(jié)論。

RAB-10作為一個(gè)內(nèi)吞體運(yùn)輸調(diào)控小G蛋白，通過(guò)招募各種效應(yīng)子來(lái)調(diào)控內(nèi)吞體功能，諸如膜形變、膜出芽、膜縊裂以及細(xì)胞骨架介導(dǎo)的膜運(yùn)動(dòng)。為了確認(rèn)是哪個(gè)效應(yīng)因子參與了RAB-10介導(dǎo)的內(nèi)吞體PI(4,5)P2的代謝過(guò)程，該研究對(duì)已報(bào)道的RAB-10效應(yīng)因子進(jìn)行了篩選，結(jié)果并沒有獲得有效的候選基因。為此，研究人員將目標(biāo)轉(zhuǎn)向了一個(gè)在小鼠中被報(bào)道和Rab10結(jié)合的新型蛋白JIP3。通過(guò)生化實(shí)驗(yàn)和細(xì)胞學(xué)驗(yàn)證，研究人員發(fā)現(xiàn)JIP3在線蟲里的同源蛋白UNC-16是RAB-10的新型效應(yīng)因子，檢測(cè)到UNC-16缺失會(huì)導(dǎo)致和RAB-10缺失類似的免疫學(xué)表型、脂質(zhì)組學(xué)結(jié)果。隨后，研究人員對(duì)線蟲基因組編碼的膜磷脂酶進(jìn)行了篩選，確定了該途徑中關(guān)鍵的磷脂酶C/EGL-8。后續(xù)生化實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)RAB-10先和UNC-16結(jié)合并將其招募到內(nèi)吞體膜，而UNC-16后續(xù)將EGL-8招募到內(nèi)吞體上。結(jié)構(gòu)分析顯示，UNC-16的亮氨酸拉鏈區(qū)LZII是和RAB-10、EGL-8結(jié)合必不可少的結(jié)構(gòu)域，UNC-16 LZII結(jié)構(gòu)域形成二聚體是其與RAB-10和EGL-8結(jié)合的必要條件。進(jìn)一步，研究人員利用DAG模擬物PMA來(lái)恢復(fù)RAB-10、UNC-16、EGL-8缺失后的免疫效能，確認(rèn)了該機(jī)制的可靠性。

一般來(lái)說(shuō)，先天免疫反應(yīng)主要包括三個(gè)步驟，每個(gè)步驟由不同類型的蛋白進(jìn)行調(diào)控。第一個(gè)步驟是識(shí)別病原體：識(shí)別特定毒素或細(xì)菌蛋白，或?qū)Σ≡w引起的損傷作出反應(yīng)；第二個(gè)步驟涉及激活下游蛋白和信號(hào)通路；第三個(gè)步驟涉及信號(hào)通路調(diào)控的免疫基因表達(dá)。該研究在解析內(nèi)吞體上RAB-10介導(dǎo)PMK-1/p38 MAPK先天免疫機(jī)制之后，對(duì)識(shí)別感染的蛋白受體進(jìn)行了探索，核受體成為首要關(guān)注的目標(biāo)。此前有研究發(fā)現(xiàn)，核受體NHR-25表達(dá)的降低使免疫報(bào)告基因irg-4表達(dá)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(shí)，有ChIP-seq實(shí)驗(yàn)在let-413啟動(dòng)子區(qū)域鑒定到和NHR-25結(jié)合的位點(diǎn)，提示NHR-25在調(diào)節(jié)let-413轉(zhuǎn)錄中的潛在作用?；诖?，研究人員發(fā)現(xiàn)線蟲在銅綠假單胞菌感染時(shí)RAB-10活性上調(diào)，而不是蛋白表達(dá)量增加。進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)證明，RAB-10在感染期間的活性上調(diào)需要NHR-25上調(diào)RAB-10激活輔助因子LET-413的表達(dá)來(lái)完成。

綜上所述， 該研究揭示了一種新的腸道先天免疫調(diào)控機(jī)制，指出了內(nèi)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(duì)p38 MAPK通路的認(rèn)知。

華中科技大學(xué)同濟(jì)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)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