Cell子刊:中山大學崔雋教授等揭示天然免疫應答重要「剎車」機制

當人體面對病毒入侵時，天然免疫系統承擔了第一道防線的作用，其免疫細胞通過表面的模式識別受體（PRR）識別特定的病毒DNA或RNA片段，進而激發一系列抗病毒反應，包括幹擾素和炎症因子的合成，以及啟動適應性免疫反應等。在這一激發過程中，大多數的天然免疫細胞採用了TBK1-IRF3信號通路以最終促進幹擾素的合成。其中，TBK1激酶是活化IRF3的關鍵酶，其本身受到磷酸化和泛素化等翻譯後調節，作為其活性調控的主要方式。

最近，中山大學崔雋教授以及休斯頓衛理公會研究所王榮福教授的聯合課題組揭示了TBK1的一個重要的泛素化調節體系NLRP4-USP38-DTX4/TRIP，後者左右著TBK1的穩定性，並維持著抗病毒反應中的免疫平衡。這一成果發表於近期的Cell子刊《Molecular Cell》上。

▲崔雋（左）和王榮福（右）教授

（圖片來源：中山大學、休斯頓衛理公會研究所官網）

說到泛素化修飾，我們自然會想到泛素化和去泛素化這兩個方向相反的過程，以及在其中的多種作用酶。研究者們發現，USP38就是這樣的一種作用於TBK1的去泛素化酶，作為幹擾素合成信號通路的負調控因子，可顯著下調抗病毒反應的強度。進一步的實現顯示，USP38可激發TBK1的降解，並由蛋白酶體介導。當USP38基因被敲除後，小鼠的抗病毒反應會變得異常劇烈。

這聽起來可能有些令人詫異。我們知道，泛素化標記通常代表蛋白降解的信號。因此，當去除這樣的標記時，為何也會引起蛋白降解呢？

事實上，當暴露於病毒入侵時，TBK1會經歷不止一種形式的多聚泛素化修飾，包括分別通過泛素單體上K63、K48、K33三種位點相互連接。有時，這不同泛素化修飾形式之間會存在著相互排斥的競爭關係。研究顯示，USP38會切除從TBK1的K670位點上延伸出的K33連接多聚泛素鏈，從而使之得以「讓位」於同樣從K670位點開始的K48泛素化修飾，同時對K63泛素化修飾無明顯影響。

▲不同形式的泛素化（圖片來源：馬普所官網）

兩位教授之前的工作已顯示，K48連接的泛素化修飾可導致TBK1的降解。當模式識別受體NLRP4被激活後，其可招募泛素連接酶DTX4或TRIP，使其對TBK1的K670位點進行K48泛素化修飾。在本研究中，NLRP4被發現同樣介導了USP38對TBK1的去泛素化作用。在體外實驗中，研究者們發現293T細胞在暴露於水泡性口炎病毒（VSV）六小時後，NLRP4和USP38便會開始作用於TBK1，而在又過了兩小時後，DTX4和TRIP才會與TBK1作用。

研究者們據此提出，NLRP4-USP38-DTX4/TRIP構成了一個以NLRP4為中心的「信號體」，共同決定著TBK1的穩定性。TBK1是天然免疫細胞抗病毒信號通路的一個中心節點，同時接受著來自RLR、cGAS等多種模式識別受體的激發信號，以促進幹擾素合成等一系列抗病毒反應。如果這一過程不受控制，則可能造成反應過度的後果，導致自體免疫疾病和慢性炎症等疾病。因此，NLRP4-USP38-DTX4/TRIP「信號體」對上述反應起著「剎車」的作用，以維持抗病毒反應中的免疫平衡。

▲NLRP4-USP38-DTX4/TRIP的免疫調控機制（圖片來源：Molecular Cell）

最後，基於已有的各方研究成果，文章作者們提出了一個與上述信號體相關的三步工作模型，其機理如下：

1. 在暴露病毒感染後，TBK1首先會在多種模式識別受體的作用下被激起其自磷酸化活性，完成S172位點的磷酸化，同時經歷K63和K33連接的泛素化修飾。如此活化後的TBK1會磷酸化激活IRF3，並最終上調幹擾素的合成。

2. 在接下來DYRK2激酶的作用下，TBK1的S527位點會被磷酸化，促使NLRP4和USP38結合到已活化的TBK1上，從而移除其K670位點上的K33連接多聚泛素鏈。

3. 最後，NLRP4會招募DTX4和TRIP前去結合TBK1，以催化發生於K670位點上的K48連接泛素化修飾，進而及其TBK1由蛋白酶體介導的降解。

該工作揭示了USP38在抗病毒反應中，通過調控高度動態的泛素化修飾過程，以維持天然免疫應答和免疫忍耐之間平衡的關鍵作用。這一機制可能在抗病毒及其他感染性疾病反應、乃至癌症的發生中都發揮著重要角色。