Autophagy︱陈玮琳团队揭示去泛素化酶USP22促进ATG5介导的NLRP3溶酶体途径降解负向调控炎症小体活化

撰文︱狄乾乾

责编︱王思珍，方以一

编辑︱方以一

NLRP3炎症小体是胞浆内模式识别受体参与组装的多蛋白复合体，能够识别胞浆内入侵病原微生物的病原相关分子模式（PAMPs）和细胞内产生的自身危险信号损伤相关分子模式（DAMPs），能够激活和释放成熟的CASP1、IL1B和IL18等。已有报道证实，NLRP3炎症小体活化受到多种类型的翻译后修饰调控如磷酸化和泛素化等[1, 2]。对于NLRP3自身蛋白稳定性调控，尤其在细胞自噬过程中，仍待进一步研究。USP22是泛素特异性蛋白酶家族成员之一[3]。先前研究发现，USP22参与组装Spt-Ada-Gcn5乙酰转移酶复合体，参与细胞周期调控和DNA损伤修复等一系列生物学过程[4, 5]。已有众多报道，USP22与肿瘤发生发展密切相关，USP22高表达是肿瘤患者恶性预后的标志[5]。但是USP22是否参与NLRP3炎症小体活化调控还未有报道。

2022年7月28日，深圳大学陈玮琳特聘教授团队在国际学术期刊Autophagy在线发表了题为“USP22 suppresses the NLRP3 inflammasome by degrading NLRP3 via ATG5-dependent autophagy”的研究论文。该研究成果揭示了去泛素化酶USP22促进ATG5介导的NLRP蛋白溶酶体途径降解，负向调控NLRP3炎症小体活化，为NLRP3炎症小体相关疾病治疗提供新的潜在靶点。

研究者首先利用去泛素化酶家族表达质粒库筛选调控NLRP3蛋白稳定的去泛素化酶成员，发现USP22促进NLRP3蛋白降解。小鼠腹腔巨噬细胞和人THP-1细胞中敲低USP22表达，NLRP3蛋白增多，LPS诱导分泌的IL1B和IL18显著增加（图1A-C）。为了进一步研究USP22在NLRP3炎症小体活化中的作用，作者用棕榈酸酯处理THP-1细胞构建细胞高血脂模型，结果表明USP22敲除THP-1细胞中NLRP3蛋白增多，IL-1B分泌增加（图1D-E）。这些数据表明，USP22促进NLRP3降解，负向调控NLRP3炎症小体活化。

图1 USP22抑制NLRP3炎症小体活化

（图源：Qianqian Di, et al., Autophagy, 2022）

为了体内研究USP22在NLRP3炎症小体活化中的作用，研究者利用USP22诱导敲除小鼠腹腔注射Alum诱导小鼠腹膜炎模型，发现USP22敲除小鼠腹腔浸出液中炎性细胞和中性粒细胞数量明显升高，IL1B分泌增加，而TNF分泌无明显变化，且炎性细胞中NLRP3蛋白表达明显增多（图2A-F）。作者通过腹腔注射LPS进一步构建了小鼠系统性炎症模型，结果发现USP22敲除小鼠存活率比野生对照组小鼠明显减少，同样腹腔浸出液中炎性细胞和中性粒细胞数量明显升高，IL1B分泌增加，而TNF分泌无明显改变，小鼠肺组织损伤和炎症细胞浸润更为严重，且炎性细胞中NLRP3蛋白表达明显增多（图2G-Q）。以上结果表明，USP22在体内能够促进NLRP3蛋白降解，抑制NLRP3炎症小体活化，进而缓解小鼠腹膜炎和系统性炎症症状。

图2 USP22敲除加重Alum诱导的小鼠腹膜炎和LPS诱导的系统性炎症

（图源：Qianqian Di, et al., Autophagy, 2022）

机制研究发现，USP22主要通过细胞自噬途径促进NLRP3蛋白降解，且USP22能够稳定自噬相关蛋白ATG5表达（图3A）。进一步研究发现，USP22通过去除ATG5 Lys118位K27和K48链接的多聚泛素链，稳定ATG5蛋白（图3B-G）。敲除ATG5后，能够恢复USP22介导的NLRP3蛋白降解（图3H）。以上结果表明，USP22促进ATG5介导的NLRP3蛋白溶酶体途径降解。

图3 USP22通过ATG5介导细胞自噬途径促进NLRP3降解

（图源：Qianqian Di, et al., Autophagy, 2022）

文章结论与讨论，启发与展望

综上所述，该研究首先通过共转染去泛素化酶表达质粒和NLRP3炎症小体，筛选到USP22调控NLRP3蛋白稳定性。进一步通过体外实验证实，USP22敲除（敲低）稳定NLRP3蛋白，促进LPS诱导IL1B和IL18的分泌，而对TNF的分泌无明显影响，通过体内实验证实USP22敲除加重了小鼠腹膜炎和系统性炎症。机制研究发现USP22通过ATG5介导的细胞自噬途径促进NLRP3降解，进而负向调控NLRP3炎症小体的活化(图3I）。但是ATG5如何识别和介导NLRP3降解及调控NLRP3炎症小体活化的详细机制有待进一步研究。

原文链接：https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/15548627.2022.2107314

深圳大学医学部陈玮琳特聘教授为论文独立通讯作者，深圳大学医学部副研究员狄乾乾和助理教授赵西宝为论文共同第一作者，深圳大学是该文的唯一通讯单位。该研究获得了国家自然科学基金、广东省基础与应用基础研究基金、广东省科技计划项目、深圳大学高水平建设项目等的资助。

通讯作者：陈玮琳（左六），第一作者：狄乾乾（左二）和赵西宝（左一）

（照片提供自：深圳大学陈玮琳特聘教授实验室）

通讯作者简介：

陈玮琳，博士，教授，博士生导师，国家优秀青年基金获得者。深圳大学基础医学院副院长，医学免疫学系主任，广东省组织器官区域免疫与疾病重点实验室副主任。课题组主要从事感染免疫和肿瘤免疫研究，关注免疫受体信号识别，重要信号蛋白的翻译后修饰在抗病毒固有免疫、肿瘤和免疫相关疾病中的调控作用和相关分子机制研究。以第一或通讯作者在Cell、Autophagy、Cell Mol Immunol、Pharmacol Res等学术期刊上发表论文。目前为中国生物医学工程学会理事、中国抗癌协会肿瘤病因学专委会委员、中国免疫学会免疫科普专委会委员等。

人才招聘

往期文章精选

优质科研培训课程推荐【1】宏基因组与代谢组学R语言分析及可视化实操研讨会（8月27日 腾讯会议）

参考文献（上下滑动阅读） 

[1] Davis, B.K., Wen, H., and Ting, J.P. (2011). The inflammasome NLRs in immunity, inflammation, and associated diseases. Annual review of immunology 29, 707-735.

[2] Flavell, R.A. (2014). Inflammasomes in health and disease. Immunology 143, 1-1.

[3] Bonnet, J., Romier, C., Tora, L., and Devys, D. (2008). Zinc-finger UBPs: regulators of deubiquitylation. Trends Biochem Sci 33, 369-375.

[4] Zhang, X.Y., Varthi, M., Sykes, S.M., Phillips, C., Warzecha, C., Zhu, W., Wyce, A., Thorne, A.W., Berger, S.L., and McMahon, S.B. (2008). The putative cancer stem cell marker USP22 is a subunit of the human SAGA complex required for activated transcription and cell-cycle progression. Molecular cell 29, 102-111.

[5] Ning, J., Zhang, J., Liu, W., Lang, Y., Xue, Y., and Xu, S. (2012). Overexpression of ubiquitin-specific protease 22 predicts poor survival in patients with early-stage non-small cell lung cancer. Eur J Histochem 56, 289-294.

本文完