Cell Death Dis ￜ 郭志刚/殷志敏/潘飞燕团队揭示DNA损伤修复蛋白在类风湿关节炎中的重要作用及发病机制
作者︱古丽丽，潘飞燕，郭志刚
责编︱方以一，王思珍
编辑︱杨婵，方以一
类风湿关节炎（rheumatoid arthritis，RA）是一种慢性、进行性的自身免疫性疾病，以侵蚀关节滑膜炎和关节病变为主，具有“不死癌症”之称[1, 2]。RA患者主要表现为关节疼痛、肿胀以及不可逆的关节畸形，严重影响了患者的生活质量[3]。然而，RA发病机制复杂，至今仍未完全阐明。因此，研究RA发生发展的新机制，为RA的治疗和新一代抗RA药物开发提供新的理论基础，具有重要的科学价值及临床意义。
在哺乳动物细胞中，每个细胞每天会产生10000左右个由于氧化、烷基化、脱氨基和去嘌呤/去嘧啶等引起的碱基损伤[4]。碱基切除修复（BER）是修复这类DNA损伤的主要途径，对维持基因组的稳定性至关重要。BER缺陷会削弱DNA损伤应答，导致DNA损伤积累和基因组不稳定，从而诱导组织炎症和各种疾病的发生[5, 6]。
2022年7月6日，南京师范大学的潘飞燕/殷志敏/郭志刚团队在Cell Death & Disease上发表了题为“A novel mechanism for macrophage pyroptosis in rheumatoid arthritisinduced by Pol β deficiency”的文章，揭示了DNA修复关键蛋白Pol β调控类风湿关节炎（RA）发生发展的新机制。
研究团队首先发现Pol β在RA活动期患者外周血的PBMC细胞、CIA小鼠的PBMC细胞和关节中的表达量均显著下降，且通过动物实验，发现敲降小鼠Pol β基因或使Pol β基因活性位点突变，CIA小鼠的踝关节肿胀情况均加重。对小鼠踝关节的HE染色及番红O/固绿染色，可观察到Pol β功能缺陷小鼠踝关节中炎症细胞浸润和骨质破坏加重（图1）。这些结果证实了Pol β与RA的发生发展密切相关，但是Polβ是如何影响RA发生发展的具体分子机制尚不清楚。
图1 Pol β缺陷引发类风湿关节炎
（图源：Gu L, et al., Cell Death Dis, 2022）
巨噬细胞焦亡是造成炎症的一个重要原因，且巨噬细胞焦亡与RA的发生密切相关。有研究表明，在RA患者的软骨组织、滑膜组织中有大量巨噬细胞的存在；同时，巨噬细胞数量与患者关节损伤程度、临床症状具有一定的相关性[6]。那么，Pol β是否是通过巨噬细胞焦亡而调控RA的发生的呢？随后，研究团队通过细胞实验干扰Pol β的表达，进一步研究Pol β与细胞焦亡的关系。结果表明干扰Pol β表达后，焦亡标志性蛋白NLRP3、GSDMD表达量显著上升，同时干扰Pol β后，细胞分泌的炎症因子也显著增多；过表达Pol β能有效逆转这一现象（图2）。另外，在敲降小鼠Pol β基因或使Pol β基因活性位点突变的CIA小鼠的踝关节组织中，焦亡标志性蛋白NLRP3、GSDMD表达量也显著上升（图3）。
图2 Pol β影响巨噬细胞焦亡
（图源：Gu L, et al., Cell Death Dis, 2022）
图3 CIA小鼠Pol β缺陷加剧细胞焦亡
（图源：Gu L, et al., Cell Death Dis, 2022）
cGAS-STING-NF-κB信号通路是介导DNA损伤和炎症反应的桥梁，在自身免疫性疾病和炎症疾病中均发挥重要功能。于是研究团队推测：Pol β是否会通过cGAS-STING-NF-κB通路参与巨噬细胞焦亡进而影响RA的发生发展？在后续的实验中，研究团队从细胞水平上探究了Pol β导致细胞焦亡的分子机制。结果表明，Pol β的缺失会导致DNA损伤加剧，DNA损伤的长期积累，最终导致细胞核内的dsDNA泄漏到细胞质，细胞质中的dsDNA被cGAS识别，导致STING通路被激活，表现为STING被磷酸化，然后下游的转录因子NF-κB也被磷酸化，活化的p-NF-κB从胞质转移到核中以诱导NLRP3、pro-IL-1β、pro-IL-18等炎症相关基因的表达，促进NLRP3炎症小体活化从而引起强烈的免疫反应，调控RA的发生（图4）。
图4 Pol β缺陷通过cGAS/STING/NF-kB信号通路诱导巨噬细胞焦亡的作用机制
（图源：Gu L, et al., Cell Death Dis, 2022）
原文链接：https://doi.org/10.1038/s41419-022-05047-6
南京师范大学生命科学学院博士后古丽丽、硕士生孙裕玲及邬婷为论文的共同第一作者，潘飞燕副教授、殷志敏教授和郭志刚教授为论文的共同通讯作者，本研究得到鼓楼医院孙凌云教授和唐小军博士的大力支持，同时受到国家自然科学基金、江苏省高校自然科学基金和江苏省生物学优势学科等项目的资助。
古丽丽（2排左4）、孙裕铃（3排左2）、邬婷（1排左1）；郭志刚（2排右4）、潘飞燕（2排右2）
（照片提供自：郭志刚实验室）
【1】Mol Ther︱高宗良等构建缩短版的先导编辑器，助力先导编辑系统体内呈递
【2】EMBO Rep︱陈允梓课题组揭示维生素D受体调控NLRC4炎症小体新机制
【3】STTT 综述︱吴建国团队阐述缺氧信号在人类健康和疾病防治中的作用及展望
【4】Fundamental Research︱苏文如/王祥珪团队揭示人类怀孕过程中外周血免疫单细胞水平动态变化
【5】Nat Metab︱周雍进团队揭示甲醇代谢压力机制，实现脂肪酸高效合成
【6】Nat Commun︱孙其信/郭伟龙团队揭示多倍体小麦的散布式起源与长期驯化规律
【7】J Hepatol︱倪红敏团队发现非酒精性脂肪性肝病患者脂肪变性的确切机制
参考文献（上下滑动阅读）
[1] Smolen J S, Aletaha D, Barton A, et al. Rheumatoid arthritis[J]. Nature Reviews Disease Primers, 2018, 4.
[2] Wang Q, Zhou X, Yang L, et al. The Natural Compound Notopterol Binds and Targets JAK2/3 to Ameliorate Inflammation and Arthritis[J]. Cell Reports, 2020, 33(8): 108442.
[3] Aletaha D, Smolen J S. Diagnosis and Management of Rheumatoid Arthritis: A Review[J]. The Journal of the American Medical Association, 2018, 320(13): 1360-1372.
[4] Barnes D E, Lindahl T. Repair and genetic consequences of endogenous DNA base damage in mammalian cells[J]. Annual Review of Genetics, 2004, 38: 445-476.
[5] Krokan H E, Bjoras M. Base Excision Repair [J]. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology, 2013, 5(4)
[6] Zheng L, Dai H F, Zhou M, et al. Fen1 mutations result in autoimmunity, chronic inflammation and cancers[J]. Nature Medicine, 2007, 13(7): 812-819.
本文完