近日，Science Advances在線發(fā)表了東南大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院柴人杰教授課題組李異媛副研究員聯(lián)合浙江大學(xué)生命科學(xué)研究院靳津教授團隊的研究成果“Substrate-specific recognition of IKKs mediated by USP16 facilitates autoimmune inflammation”。這項研究發(fā)現(xiàn)，去泛素化酶USP16可通過調(diào)控IKK復(fù)合物的底物識別介導(dǎo)NF-κB信號通路的活化，進而促進炎癥性腸病和結(jié)腸癌的發(fā)展。
先天免疫系統(tǒng)是人體對抗外界抗原產(chǎn)生應(yīng)答的第一道防線，經(jīng)典的M1型巨噬細胞是能夠產(chǎn)生促炎細胞因子的巨噬細胞，具有很強的吞噬和降解病原體的能力，但是這種特性也容易引起組織破壞并引發(fā)炎癥反應(yīng)。加劇的炎癥反應(yīng)可能導(dǎo)致對健康有害的疾病，包括炎癥性腸病、系統(tǒng)性紅斑狼瘡和多發(fā)性硬化癥等。既往研究表明，M1型巨噬細胞的極化可由NF-κB信號通路介導(dǎo)完成。NF-κB是一類廣泛存在于真核細胞中的轉(zhuǎn)錄因子，其通路的精細調(diào)控，與免疫反應(yīng)和其他例如細胞增殖、轉(zhuǎn)化、凋亡等關(guān)鍵生理病理過程密切相關(guān)。作為經(jīng)典NF-κB信號通路的關(guān)鍵調(diào)控因子，IKKβ起到識別并磷酸化下游底物IκB家族蛋白的作用。磷酸化的IκB家族蛋白，即IκBα和p105蛋白，通過泛素化修飾和蛋白酶體依賴性降解途徑，將具有轉(zhuǎn)錄起始活性的NF-κB分子釋放到細胞核中，啟動相關(guān)基因的表達。在不同的生理病理情況下，IKKβ經(jīng)不同的刺激和調(diào)節(jié)機制誘導(dǎo)不同底物的活化，但目前領(lǐng)域內(nèi)對IKKβ如何選擇性識別特定底物的分子機制還所知甚少。
作者在研究中發(fā)現(xiàn)，即使在缺失IκBα招募蛋白NEMO的情況下，p105仍然存在一定程度的磷酸化，推測可能存在其他的類NEMO的調(diào)節(jié)型蛋白，參與IKKβ對特定底物的招募過程。通過質(zhì)譜分析，作者確定了一種特異結(jié)合IKKα和IKKβ的去泛素化酶USP16，與NEMO一樣，USP16與IKKβ上的同一結(jié)構(gòu)域形成組成型的結(jié)合；USP16與NEMO上都存在一段包含5個氨基酸的保守序列，該序列對其與IKKβ的結(jié)合是必需的。因此作者認為，USP16與NEMO競爭結(jié)合IKKβ。在USP16缺失的髓樣細胞中，p105的活化明顯減少，而IκBα不受影響，且在受到Toll樣受體（TLR）激動劑刺激時，NF-κB通路靶向的促炎因子IL-6、IL-12a、TNF-α的分泌能力明顯下降。進一步研究發(fā)現(xiàn)，與IKKβ結(jié)合的USP16特異性擦除IKKβ上K6和K33-linked多聚泛素化鏈，去泛素化的IKKβ選擇性識別p105并磷酸化p105，從而實現(xiàn)對NF-κB信號通路的進一步激活。
經(jīng)典NF-κB通路的激活與炎癥性腸?。?/span>IBD）的發(fā)生密切相關(guān)。研究表明，具有突變Nfkb1基因（編碼p105）的IBD患者病理表現(xiàn)更為嚴重，而不能表達p105的突變體小鼠會出現(xiàn)自發(fā)性腸道炎癥的情況。因此作者推測，IKKβ對p105的選擇性識別和激活在IBD的發(fā)生發(fā)展過程中起重要作用。首先，通過對病人樣本的分析，他們發(fā)現(xiàn)IBD患者腸道巨噬細胞的USP16表達水平顯著高于健康人，且炎癥區(qū)域的USP16表達顯著高于非炎癥區(qū)域。同時，免疫熒光染色顯示USP16與巨噬細胞在病人腸道切片中顯示出明顯的共定位。最終，通過實驗性結(jié)腸炎和結(jié)腸癌模型，作者發(fā)現(xiàn)髓樣細胞中條件性敲除USP16的小鼠果然表現(xiàn)出明顯減輕的炎性癥狀，腫瘤發(fā)生相較野生型小鼠也明顯減少。
綜上，這項工作闡明了USP16及其介導(dǎo)的IKKβ去泛素化為NF-κB信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和炎癥性腸病發(fā)生的新型調(diào)節(jié)機制，并提示了USP16在結(jié)腸炎介導(dǎo)的結(jié)直腸癌發(fā)病機理中的重要作用。由于NF-κB參與各種生理病理過程，目前抑制該通路的藥物具有廣泛的副作用，不能實現(xiàn)臨床上有效的腸道炎癥治療，該研究希望能為髓樣細胞介導(dǎo)的炎癥性腸病治療提供新的干預(yù)靶點。
原文鏈接：https://advances.sciencemag.org/content/7/3/eabc4009
