靳津/李异媛揭示炎症信号通路底物特异性的识别机制

来源：iNature

经典的NF-κB途径在各种免疫反应和炎性疾病中起关键作用。它的关键激酶IKKβ通过选择性识别其下游底物（包括p105，p65和IκBα）参与各种病理和生理过程，但这些底物的具体机制尚不清楚。底物之一p105的过度激活与Nfkb1缺陷小鼠中炎症性肠病（IBD）的发作密切相关。

2021年1月13日，浙江大学靳津及东南大学李异媛共同通讯在Science Advances 在线发表题为“Substrate-specific recognition of IKKs mediated by USP16 facilitates autoimmune inflammation”的研究论文，该研究发现赖氨酸238上的IKKβ泛素化在炎症过程中显著增加。

使用质谱法，该研究确定USP16是IKKβ泛素化水平的重要调节剂，其选择性影响p105磷酸化而不直接影响p65或IκBα磷酸化。此外，USP16在IBD患者的结肠巨噬细胞中高表达，而以髓样为条件的USP16敲除小鼠表现出降低的IBD严重性。该研究为IBD的发病机制和靶向精确干预治疗提供了新的理论基础。

另外，2019年10月31日，浙江大学靳津和东南大学柴人杰共同通讯在Cell 在线发表题为“Stress-Induced Metabolic Disorder in Peripheral CD4+ T Cells Leads to Anxiety-like Behavior”的研究论文，表明缺乏CD4 + T细胞免受应激引起的焦虑样行为的小鼠。物理应激诱导的白三烯B4触发CD4 + T细胞中的严重线粒体裂变，进而导致各种行为异常，包括焦虑，抑郁和社交障碍。该研究暗示了CD4 + T细胞中嘌呤代谢紊乱与应激驱动的焦虑样行为之间的关键联系。总而言之，该研究确定外周CD4 + T细胞是应激诱导的情绪障碍的关键介质。将来，阐明特定的CD4 + T细胞亚群是否调节焦虑症患者的情绪和行为将变得很有趣。 该研究发现对于开发针对各种精神病和代谢性疾病的有价值的治疗方法具有深远的意义（点击阅读）。

核因子κB（NF-κB）通路已被认识30多年，已发现其参与了各种细胞的病理生理过程。NF-κB是一种调节基因转录的蛋白复合物，广泛存在于真核细胞中，可以与启动子或增强子特异性结合，从而促进多个基因的转录和表达。NF-κB信号通路与免疫反应和关键的病理生理过程（如细胞增殖，转化和凋亡）紧密相关。 NF-κB家族由五个成员组成，包括p50（由Nfkb1编码），p52（由Nfkb2编码），p65（由RelA编码），c-rel（由Rel编码）和relB（由RelB编码）。这五个成员均在N末端包含一个Rel同源域，该域负责每个成员与DNA的结合。在未刺激的细胞中，存在的大多数NF-κB二聚体是无活性的，因为它们与细胞质中的抑制因子（IκBα，IκBβ，IκBξ，IκBε，Bcl-3以及前体蛋白p105和p100）结合 。

在经典的NF-κB途径中，IKKB激酶（IKKs），包括IKKα和IKKβ，可以被许多刺激物激活，例如细菌脂多糖（LPS），肿瘤坏死因子–α（TNF-α），白介素-1（IL -1），T细胞和B细胞有丝分裂原，病毒双链RNA以及各种物理和化学胁迫。经典的NF-κB途径主要由IKKβ的作用决定，后者使IκB家族成员（如IκBα和p105）磷酸化。磷酸化的IκB家族蛋白通过泛素修饰和蛋白酶体依赖性降解将活性NF-κB分子释放到细胞核中。IKKβ参与许多病理生理过程，并在不同的刺激和调节机制下激活不同的底物。

为了在免疫应答中执行适当的功能，IKKβ依赖于IKK的精确翻译后调控，选择性地识别并激活不同的底物。先前的研究表明，IKKβ在被TNF-α激活时会磷酸化p105的丝氨酸（S），这是将p105加工成p50所必需的。NF-κB必需修饰物（NEMO）选择性地募集活化的IκBα作为衔接子，但对p105的磷酸化没有影响。但是，决定IKKβ选择性底物识别和激活的潜在机制仍不清楚。

经典的NF-κB途径在各种髓样细胞（如巨噬细胞和嗜中性粒细胞）介导的先天免疫应答中起重要作用。当被LPS，TNF-α或IL-1β刺激时，IKKβ促进p65和p50的核易位并诱导炎性因子（如TNF-α，IL-12，IL-1β和IL-6）的表达，进一步导致组织损伤。NF-κB途径的激活也与炎症性肠病（IBD）的发生密切相关。然而，由于其在调节各种生理过程中的广泛功能，仍然缺乏靶向NF-κB的临床治疗药物。当前抑制NF-κB的策略主要集中在蛋白酶体阻滞剂，IKK抑制剂，核转运抑制剂和DNA结合抑制剂上。尽管这些药物抑制了相应的病理过程，但它们也具有广泛的副作用，包括肾毒性和神经病，甚至可以促进肿瘤的进展和复发。因此，这些药物不能实现临床上有效的肠道炎症治疗。

在这项研究中，发现即使没有NEMO，p105仍然可以被轻度磷酸化。生化数据表明，在经典NF-κB信号激活过程中，IKKβ可以通过非蛋白水解泛素修饰，这种泛素化作用显著抑制了IKKβ磷酸化p105的能力，而不会影响另一种底物IκBα。

通过使用质谱，该研究确定了一种去泛素化酶，泛素羧基末端水解酶16（USP16），它特异性结合IKKα和IKKβ，但不结合NEMO。在哺乳动物细胞中，USP16在有丝分裂过程中广泛表达，并有助于细胞周期加工。当细胞进入有丝分裂时，USP16在G2-M转换过程中被磷酸化，并在后期进行去磷酸化。USP16在体内特异性地在赖氨酸（K）119和K15上对组蛋白H2A进行去泛素化，但在体内不对H2B进行去泛化，从而导致随后的H3磷酸化和染色体分离。

当与胞质分裂蛋白调节剂1结合时，USP16介导的H2A去泛素化已显示出调节胚胎干细胞（ESC）基因表达和造血干细胞（HSC）功能。最近的研究表明，在活化的T细胞中，USP16特异性去除了钙调神经磷酸酶A的K29连接的聚泛素链来调节其活性。T细胞中的USP16缺乏会导致外周T细胞减少以及自身免疫症状减弱。但是，USP16在非增殖细胞中的功能仍不清楚。

在这里，该研究结果表明，缺乏USP16的巨噬细胞和成纤维细胞的p105磷酸化水平显著下降，而其IκBα磷酸化水平仍与野生型（WT）同窝幼仔相当。一致地，巨噬细胞中靶向NF-κB的基因在被Toll样受体（TLRs）的独特激动剂刺激时显示出各种炎性细胞因子的明显减少。髓样细胞中有条件的USP16 KO的小鼠显示出右旋糖酐硫酸钠（DSS）引起的结肠炎和相关结肠癌发生症状的严重减轻。该研究为IBD的发病机制和靶向精确干预治疗提供了新的理论基础。