2022年4月16日，國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Cell Death and Differentiation在線發(fā)表了中科院上海營(yíng)養(yǎng)與健康研究所章海兵研究組題為“Ubiquitin-binding domain in ABIN1 is critical for regulating cell death and inflammation during development”的研究成果。該研究揭示了泛素結(jié)合蛋白ABIN1通過(guò)泛素結(jié)合功能域抑制RIPK1激酶依賴(lài)的細(xì)胞凋亡和細(xì)胞程序性壞死發(fā)生的新機(jī)制，闡明了ABIN1與FADD介導(dǎo)的凋亡及RIPK3介導(dǎo)細(xì)胞程序性壞死，協(xié)同調(diào)控RIPK1依賴(lài)的I-型干擾素及TNF-α產(chǎn)生的新型調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，為通過(guò)誘導(dǎo)和轉(zhuǎn)換不同細(xì)胞死亡方式調(diào)控炎癥反應(yīng)，防治炎癥性疾病以及開(kāi)發(fā)新型腫瘤免疫治療新方法提供了理論基礎(chǔ)和新思路。
細(xì)胞死亡與增殖對(duì)于維持機(jī)體穩(wěn)態(tài)平衡至關(guān)重要，從根本上來(lái)說(shuō)，絕大多數(shù)疾病都?xì)w因于細(xì)胞死亡過(guò)多、過(guò)少或形式異常。近年來(lái)越來(lái)越多的新型細(xì)胞死亡方式被發(fā)現(xiàn)，而不同的細(xì)胞死亡方式包括細(xì)胞凋亡、細(xì)胞程序性壞死以及細(xì)胞焦亡等通路之間還存在緊密的互作關(guān)系，盡管不同的死亡方式在神經(jīng)退行性疾病，自身免疫性疾病，病原感染以及腫瘤等疾病中都有著重要的作用，但對(duì)于不同死亡通路如何協(xié)同參與這些疾病的發(fā)生發(fā)展的分子機(jī)制并不清楚。同時(shí)，由于不同細(xì)胞死亡方式能夠通過(guò)不同級(jí)聯(lián)信號(hào)誘導(dǎo)復(fù)雜的炎癥反應(yīng)，因此不同細(xì)胞死亡方式如何互作及調(diào)控炎癥信號(hào)通路參與機(jī)體的重要生理病理進(jìn)程，成為目前亟需解決的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。
ABIN1是由Tnip1基因編碼的泛素結(jié)合蛋白，能夠與A20蛋白結(jié)合并抑制NF-κB的激活。在人類(lèi)中Abin1基因的突變會(huì)引起嚴(yán)重的自身免疫性疾病，如銀屑病、系統(tǒng)性紅斑狼瘡等。之前研究報(bào)道Abin1基因敲除小鼠在胚胎發(fā)生期間因胎肝細(xì)胞凋亡、貧血和發(fā)育不全而死亡，Abin1敲除細(xì)胞對(duì)TNF-α誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡更敏感，Tnf-α基因缺失能夠挽救Abin1敲除導(dǎo)致的胚胎致死，這些發(fā)現(xiàn)證明了ABIN1對(duì)TNF-α誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡的抑制作用。隨著細(xì)胞程序性壞死被發(fā)現(xiàn)，近期有研究報(bào)道Abin1敲除的細(xì)胞也更容易發(fā)生細(xì)胞程序性壞死，但ABIN1在不同生理病理?xiàng)l件下如何協(xié)同調(diào)控不同細(xì)胞死亡通路及其互作機(jī)制仍不清楚。另有文章報(bào)道死亡復(fù)合體I中的多個(gè)關(guān)鍵泛素調(diào)控蛋白與細(xì)胞凋亡、細(xì)胞壞死關(guān)鍵因子同時(shí)缺失能誘導(dǎo)I-型干擾素的過(guò)度分泌從而導(dǎo)致胚胎發(fā)育致死，提示泛素化修飾是細(xì)胞凋亡、細(xì)胞壞死以及I-型干擾素信號(hào)通路之間發(fā)生聯(lián)系的重要調(diào)控方式，但其具體機(jī)制并不清楚。
在本研究中，研究人員首先通過(guò)對(duì)ABIN1的UBD結(jié)構(gòu)域進(jìn)行靶向基因編輯獲得UBD結(jié)構(gòu)域失活的Abin1UBD/UBD小鼠，通過(guò)小鼠遺傳學(xué)研究發(fā)現(xiàn)Abin1UBD/UBD小鼠類(lèi)似于之前報(bào)道的Abin1-/-小鼠，死于胚胎期17.5天，揭示ABIN1的UBD 結(jié)構(gòu)域在小鼠胚胎發(fā)育過(guò)程中具有關(guān)鍵作用；進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)Abin1UBD/UBD小鼠的胚胎組織表現(xiàn)出細(xì)胞凋亡和細(xì)胞程序性壞死的過(guò)度激活，通過(guò)分離Abin1UBD/UBD胚胎成纖維細(xì)胞進(jìn)行體外試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)ABIN1UBD突變激活的細(xì)胞凋亡和細(xì)胞程序性壞死是依賴(lài)于RIPK1的激酶活性；RIPK1激酶突變的小鼠(Ripk1K45A/K45A)可以挽救 Abin1UBD/UBD小鼠的胚胎致死，并能正常存活到成年。機(jī)制研究發(fā)現(xiàn)ABIN1通過(guò)UBD 結(jié)構(gòu)域識(shí)別復(fù)合體I中泛素化RIPK1，進(jìn)而招募去泛素化蛋白A20到復(fù)合體I調(diào)控RIPK1的泛素化水平；ABIN1UBD突變導(dǎo)致A20的招募減少，從而導(dǎo)致復(fù)合體I中泛素化的RIPK1增加，RIPK1的泛素化能促進(jìn)RIPK1激酶活性依賴(lài)的磷酸化激活，從而促使死亡復(fù)合體的形成增加，介導(dǎo)細(xì)胞凋亡和細(xì)胞壞死的過(guò)度發(fā)生。因此阻斷細(xì)胞凋亡和細(xì)胞程序性壞死能挽救Abin1UBD/UBD小鼠的胚胎致死，但意外的是，盡管Fadd+/-Ripk3-/-小鼠能將Abin1UBD/UBD小鼠挽救至成年，但Abin1UBD/UBDFadd-/-Ripk3-/-小鼠在胚胎期14.5天死亡，這提示ABIN1具有非常重要的細(xì)胞死亡非依賴(lài)的功能。研究人員進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)Abin1UBD/UBDFadd-/-Ripk3-/-小鼠的胚胎組織有過(guò)度的炎癥因子產(chǎn)生，造成造血系統(tǒng)發(fā)育缺陷從而導(dǎo)致胚胎死亡。通過(guò)分離 Abin1UBD/UBDFadd-/-Ripk3-/-細(xì)胞進(jìn)行體外試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)Abin1UBD/UBDFadd-/-Ripk3-/-細(xì)胞中自發(fā)激活RIPK1誘導(dǎo)TNF-α以及I-型干擾素等多種炎癥因子的過(guò)度產(chǎn)生；通過(guò)敲除Ripk1可以挽救Abin1UBD/UBDFadd-/-Ripk3-/-小鼠的胚胎致死，揭示ABIN1在細(xì)胞凋亡與細(xì)胞程序性壞死缺失的條件下能抑制RIPK1泛素化介導(dǎo)的多種炎癥因子的產(chǎn)生。為了進(jìn)一步探究細(xì)胞凋亡、細(xì)胞壞死以及炎癥因子之間的作用關(guān)系，研究人員構(gòu)建了Abin1UBD/UBDFadd-/-Ripk3-/-Ifnar-/-Tnfr1-/-五個(gè)基因同時(shí)缺失的小鼠并證實(shí)其能挽救Abin1UBD/UBDFadd-/-Ripk3-/--，證實(shí)I-型干擾素不是泛素修飾與細(xì)胞凋亡、細(xì)胞壞死協(xié)同調(diào)控的唯一重要炎癥因子，而I-型干擾素、TNF-α等多炎癥因子是關(guān)鍵炎癥調(diào)控因子。
綜上所述，該研究揭示了泛素結(jié)合蛋白ABIN1調(diào)控RIPK1激活依賴(lài)的細(xì)胞凋亡和細(xì)胞程序性壞死的關(guān)鍵分子機(jī)制，同時(shí)通過(guò)構(gòu)建十幾種多基因敲除小鼠遺傳模型證實(shí)了不同死亡信號(hào)通路與炎癥信號(hào)通路之間的互作調(diào)控關(guān)系，為通過(guò)調(diào)控不同細(xì)胞死亡方式及炎癥反應(yīng)通路治療相關(guān)疾病提供了理論基礎(chǔ)和新思路。
中科院上海營(yíng)養(yǎng)與健康研究所博士后李明為該論文的第一作者，章海兵研究員為通訊作者。該研究得到了上海交通大學(xué)附屬瑞金醫(yī)院等合作者的大力支持，并獲得國(guó)家自然科學(xué)基金委、科技部及中國(guó)科學(xué)院的資助，同時(shí)也得到了中國(guó)科學(xué)院上海營(yíng)養(yǎng)與健康研究所公共技術(shù)平臺(tái)和動(dòng)物平臺(tái)的支持。
圖注：ABIN1調(diào)控RIPK1依賴(lài)的細(xì)胞死亡和I-型干擾素分泌的模型
圖右：不同多基因敲除組合模式小鼠遺傳表型示意圖
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