2022年4月16日，國際學(xué)術(shù)期刊Cell Death and Differentiation在線(xiàn)發(fā)表了中科院上海營(yíng)養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合蛋白ABIN1通過(guò)泛素結合功能域抑制RIPK1激酶依賴(lài)的細胞凋亡和細胞程序性壞死發(fā)生的新機制，闡明了ABIN1與FADD介導的凋亡及RIPK3介導細胞程序性壞死，協(xié)同調控RIPK1依賴(lài)的I-型干擾素及TNF-α產(chǎn)生的新型調控網(wǎng)絡(luò )，為通過(guò)誘導和轉換不同細胞死亡方式調控炎癥反應，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和新思路。
細胞死亡與增殖對于維持機體穩態(tài)平衡至關(guān)重要，從根本上來(lái)說(shuō)，絕大多數疾病都歸因于細胞死亡過(guò)多、過(guò)少或形式異常。近年來(lái)越來(lái)越多的新型細胞死亡方式被發(fā)現，而不同的細胞死亡方式包括細胞凋亡、細胞程序性壞死以及細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(zhù)重要的作用，但對于不同死亡通路如何協(xié)同參與這些疾病的發(fā)生發(fā)展的分子機制并不清楚。同時(shí)，由于不同細胞死亡方式能夠通過(guò)不同級聯(lián)信號誘導復雜的炎癥反應，因此不同細胞死亡方式如何互作及調控炎癥信號通路參與機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基因編碼的泛素結合蛋白，能夠與A20蛋白結合并抑制NF-κB的激活。在人類(lèi)中Abin1基因的突變會(huì )引起嚴重的自身免疫性疾病，如銀屑病、系統性紅斑狼瘡等。之前研究報道Abin1基因敲除小鼠在胚胎發(fā)生期間因胎肝細胞凋亡、貧血和發(fā)育不全而死亡，Abin1敲除細胞對TNF-α誘導的細胞凋亡更敏感，Tnf-α基因缺失能夠挽救Abin1敲除導致的胚胎致死，這些發(fā)現證明了ABIN1對TNF-α誘導的細胞凋亡的抑制作用。隨著(zhù)細胞程序性壞死被發(fā)現，近期有研究報道Abin1敲除的細胞也更容易發(fā)生細胞程序性壞死，但ABIN1在不同生理病理條件下如何協(xié)同調控不同細胞死亡通路及其互作機制仍不清楚。另有文章報道死亡復合體I中的多個(gè)關(guān)鍵泛素調控蛋白與細胞凋亡、細胞壞死關(guān)鍵因子同時(shí)缺失能誘導I-型干擾素的過(guò)度分泌從而導致胚胎發(fā)育致死，提示泛素化修飾是細胞凋亡、細胞壞死以及I-型干擾素信號通路之間發(fā)生聯(lián)系的重要調控方式，但其具體機制并不清楚。
在本研究中，研究人員首先通過(guò)對ABIN1的UBD結構域進(jìn)行靶向基因編輯獲得UBD結構域失活的Abin1UBD/UBD小鼠，通過(guò)小鼠遺傳學(xué)研究發(fā)現Abin1UBD/UBD小鼠類(lèi)似于之前報道的Abin1-/-小鼠，死于胚胎期17.5天，揭示ABIN1的UBD 結構域在小鼠胚胎發(fā)育過(guò)程中具有關(guān)鍵作用；進(jìn)一步研究發(fā)現Abin1UBD/UBD小鼠的胚胎組織表現出細胞凋亡和細胞程序性壞死的過(guò)度激活，通過(guò)分離Abin1UBD/UBD胚胎成纖維細胞進(jìn)行體外試驗，發(fā)現ABIN1UBD突變激活的細胞凋亡和細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。機制研究發(fā)現ABIN1通過(guò)UBD 結構域識別復合體I中泛素化RIPK1，進(jìn)而招募去泛素化蛋白A20到復合體I調控RIPK1的泛素化水平；ABIN1UBD突變導致A20的招募減少，從而導致復合體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，從而促使死亡復合體的形成增加，介導細胞凋亡和細胞壞死的過(guò)度發(fā)生。因此阻斷細胞凋亡和細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具有非常重要的細胞死亡非依賴(lài)的功能。研究人員進(jìn)一步研究發(fā)現Abin1UBD/UBDFadd-/-Ripk3-/-小鼠的胚胎組織有過(guò)度的炎癥因子產(chǎn)生，造成造血系統發(fā)育缺陷從而導致胚胎死亡。通過(guò)分離 Abin1UBD/UBDFadd-/-Ripk3-/-細胞進(jìn)行體外試驗，發(fā)現Abin1UBD/UBDFadd-/-Ripk3-/-細胞中自發(fā)激活RIPK1誘導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在細胞凋亡與細胞程序性壞死缺失的條件下能抑制RIPK1泛素化介導的多種炎癥因子的產(chǎn)生。為了進(jìn)一步探究細胞凋亡、細胞壞死以及炎癥因子之間的作用關(guān)系，研究人員構建了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胞凋亡、細胞壞死協(xié)同調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)鍵炎癥調控因子。
綜上所述，該研究揭示了泛素結合蛋白ABIN1調控RIPK1激活依賴(lài)的細胞凋亡和細胞程序性壞死的關(guān)鍵分子機制，同時(shí)通過(guò)構建十幾種多基因敲除小鼠遺傳模型證實(shí)了不同死亡信號通路與炎癥信號通路之間的互作調控關(guān)系，為通過(guò)調控不同細胞死亡方式及炎癥反應通路治療相關(guān)疾病提供了理論基礎和新思路。
中科院上海營(yíng)養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)附屬瑞金醫院等合作者的大力支持，并獲得國家自然科學(xué)基金委、科技部及中國科學(xué)院的資助，同時(shí)也得到了中國科學(xué)院上海營(yíng)養與健康研究所公共技術(shù)平臺和動(dòng)物平臺的支持。
圖注：ABIN1調控RIPK1依賴(lài)的細胞死亡和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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