崔隽/张玉霞/耿岚岚等合作揭示泛素化修饰异常的NLRP3炎症小体导致早发性炎症性肠病（VEOIBD）的新机制
责编 | 酶美
早发炎症性肠病（VEOIBD）是炎症性肠病（Inflammatory bowel disease，IBD）的一种严重形式，多发生于6岁以下的婴幼儿中，其主要特征为反复出现的肠道炎症，易出现对糖皮质激素的依赖性或对TNF-α抗体的无效性。VEOIBD的发病与携带易感基因或致病基因相关，但对这些基因的作用机制还知之甚少。
NLRP3炎症小体可感知多种类型的病原体或危险信号，是免疫监测中发挥关键作用的超分子复合物。前期研究发现VEOIBD儿童肠道NLRP3存在显著激活现象【1】。NLRP3炎症小体通过可逆泛素化调节其活性：在静息状态下，NLRP3被泛素化使其处于自抑制状态；在激活分子刺激下，其被去泛素化酶BRCC3去除泛素化而活化，并与适配体蛋白ASC结合，进而激活caspase-1，切割pro-IL-1β和pro-IL-18，产生成熟的细胞因子IL-1β和IL-18；活化的caspase-1也通过GSDMD在细胞膜打孔，引发细胞焦亡。NLRP3炎症小体的激活必须被严格调节，其异常激活导致的过度炎症与多种自身炎症性疾病密切相关。然而，导致VEOIBD患者肠道NLRP3炎症小体过度激活的机制尚不明确。
近日，中山大学崔隽教授，广州市妇女儿童医疗中心张玉霞和耿岚岚教授，香港大学Lau Yu-Lung教授及北京大学白凡教授课题组合作在Journal of Allergy and Clinical Immunology杂志上发表题为Excessive deubiquitination of NLRP3-R779C variant contributes to very-early-onset inflammatory bowel disease development的研究论文【2】，首次在IBD病例中，发现了NLRP3的一个新致病突变R779C，并揭示了该突变通过促进其与肠道高表达的去泛素化酶BRCC3和JOSD2的结合，降低其泛素化水平，增强NLRP3炎症小体的激活，从而导致VEOIBD发生的新机制。
该研究通过对一批VEIOBD患儿进行全外显子组测序（WES）和生物信息学分析，筛选到了3例与VEOIBD发生相关的NLRP3新突变R779C。通过体外重组的正常NLRP3（WT-NLRP3）或NLRP3-R779C突变的炎症小体激活分析，及诱导表达NLRP3-WT或NLRP3-R779C突变的巨噬细胞中的NLRP3炎症小体激活分析，均发现R779C突变增加了NLRP3炎症小体激活后，炎性细胞因子的释放，并加剧细胞焦亡。进一步研究发现NLRP3-R779C相较于NLRP3-WT显示出更低的泛素化水平，且去泛素化酶抑制剂G5可以消除其与NLRP3-WT的泛素化差异。结合RNA-seq数据分析及免疫共沉淀筛选，发现NLRP3-R779C突变不仅促进其与肠道髓样细胞中高表达的去泛素化酶BRCC3结合，还可以利用正常的NLRP3无法结合的去泛素酶JOSD2，增强NLRP3的去泛素化。同时敲低BRCC3和JOSD2，可抑制NLRP3-R779C炎症小体过度激活导致的多余的IL-1β和IL-18的释放及细胞焦亡。通过骨髓移植技术，研究人员构建了NLRP3-R779C突变的小鼠，在DSS诱导的急性结肠炎模型中，造血细胞中的NLRP3-R779C导致更严重的结肠炎，而敲低BRCC3或JOSD2可缓解NLRP3-R779C突变小鼠对DSS诱导结肠炎的敏感性。
图1：去泛素化酶调控NLRP3突变的泛素化促进VEOIBD的发生
该工作首次在VEOIBD患者中发现了NLRP3的一个新致病突变R779C，并揭示了该变异通过促进其与肠道高表达的去泛素化酶BRCC3和JOSD2的结合，促进NLRP3去泛素化，从而促进NLRP3炎症小体的激活，导致VEOIBD发生的新机制，提示了NLRP3翻译后修饰调控在NLRP3相关疾病发生机制中的重要性。该研究将有助于与NLRP3突变相关的VEOIBD患者的诊断和精确治疗。考虑到BRCC3在各体细胞中对NLRP3激活的重要性，靶向JOSD2的药物可能是VEOIBD治疗的理想靶点。
中山大学崔隽教授，广州市妇女儿童医疗中心张玉霞和耿岚岚教授，香港大学Lau Yu-Lung教授为共同通讯作者，中山大学生命科学学院的周伶俐博士和刘涛博士以及广州市妇女儿童医疗中心黄冰博士为共同第一作者。
原文链接
https://doi.org/10.1016/j.jaci.2020.09.003
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参考文献
1. Huang, B., Chen, Z., Geng, L., Wang, J., Liang, H.,Cao, Y., Chen, H., Huang, W., Su, M., Wang, H., et al. (2019). MucosalProfiling of Pediatric-Onset Colitis and IBD Reveals Common Pathogenics andTherapeutic Pathways. Cell 179, 1160-1176 e1124.2. Zhou L, Liu T, Huang B, LuoM, Chen Z, Zhao Z, Wang J, Leung D, Yang X, Chan KW, Liu Y, Xiong L, Chen P, Wang H, Ye L, LiangH, Masters SL, Lew AM, Gong S, Bai F, Yang J, Pui-Wah Lee P, Yang W, Zhang Y,Lau Y-L, Geng L, Zhang Y, Cui J, Excessive deubiquitination of NLRP3-R779Cvariant contributes to very-early-onset inflammatory bowel disease development,Journal of Allergy and Clinical Immunology (2020), doi: https://doi.org/10.1016/j.jaci.2020.09.003.