Cell Biosci︱汪莉/卢兹凡团队发现RNA结合蛋白QKI有望成为治疗MRSA感染的新靶点

撰文︱翟东昇，汪莉

责编︱王思珍，方以一

编辑︱杨彬薇

耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（methicillin-resistant Staphylococcus aureus，MRSA）感染是导致脓毒症患者死亡率居高不下的主要原因[1, 2]。巨噬细胞作为固有免疫系统的重要成员，通过吞噬、清除病原菌对机体起到保护作用，自噬通过包裹病原菌、自噬溶酶体途径降解入侵病原菌，是巨噬细胞清除病原菌的重要途径[3]。因此，深入认识巨噬细胞在清除MRSA过程中自噬的调控机制有助于发现潜在的、新的治疗靶点，对提高脓毒症患者的生存率具有重要的临床意义。

RNA结合蛋白QKI（Quaking）是STAR（Signal Transduction and Activation of RNA）家族成员，由qki基因编码，参与调节多种mRNA的转录后调控，如mRNA剪接、mRNA转运和mRNA翻译[4, 5]。以往研究表明。QKI能够调控单核细胞分化及巨噬细胞极化过程，参与感染、动脉粥硬化等疾病的发生发展[6, 7]。但是，QKI是否影响巨噬细胞抗菌能力并参与MRSA感染过程，目前尚不清楚。

2022年9月10日，空军军医大学药学系卢兹凡教授/汪莉副教授团/翟东昇研究员，在Cell&Bioscience上发表了题为“QKI degradation in macrophage by RNF6 protects mice from MRSA infection via enhancing PI3K p110β dependent autophagy”的研究。该研究揭示了MRSA感染条件下QKI在P-body中特异结合PI3K p110β mRNA，在转录后水平调控p110β表达，进而影响巨噬细胞磷脂代谢和自噬水平，参与MRSA感染的发生发展。

首先，研究者收集了健康人和临床MRSA感染的病人血样，分析了外周血淋巴细胞（PBMC）及单核细胞的QKI表达水平的相关性（图1a, b, d），发现MRSA感染患者的QKI表达水平较健康人低。同时，QKI表达水平与降钙素水平成负相关。研究者利用髓系特异敲除QKI的小鼠模型进行了体内研究，发现QKI敲除后明显提高小鼠生存率，并降低了小鼠器官细菌荷载量。同时，QKI敲除鼠的炎症因子水平（TNF-α、IL-6、L-1β）明显升高（图e-i）。

图1 髓系敲除QKI能够保护抵抗MRSA感染

（图源：Dongsheng Z et al. Cell Biosci, 2022）

接着，研究者发现，QKI缺失的巨噬细胞能够明显增加对MRSA的吞噬及清除能力（图2a-d），通过电镜、免疫荧光等方式，发现巨噬细胞通过自噬方式清除胞内菌，而敲除QKI后则明显增加自噬水平。利用自噬抑制剂3MA或者siRNA降低LC3-II，能够抑制巨噬细胞的抗菌能力（图2f-m）。

图2 QKI通过影响自噬水平参与细胞抗菌过程

（图源：Dongsheng Z et al. Cell Biosci, 2022）

随后，研究者发现QKI缺失能够调节PI3K p110β表达水平。在体内外实验验证，抑制PI3K p110β能够影响自噬发生过程和细胞抗菌效应。但是这一过程并不依赖于AKT-mTOR途径（图3a-i）。

图3 QKI通过PI3K p110β通路影响自噬水平

（图源：Dongsheng Z et al. Cell Biosci, 2022）

接着，研究者发现，QKI的缺失影响了PI3K p110β mRNA的降解（图4a）。研究者通过分析PI3K p110β基因序列，利用免疫荧光、RNA原位杂交及双荧光报告系统实验验证了QKI能够直接结合PI3K p110β mRNA。同时，研究者发现，QKI在P body中结合PI3K p110β mRNA，并且在感染后释放PI3K p110β mRNA到胞内，进一步促进自噬的发生（图4b-g）。

图4 QKI在P body中直接并调控K p110β mRNA表达

（图源：Dongsheng Z et al. Cell Biosci, 2022）

同时，研究者注意到，QKI的表达水平随着感染时间降低（图5a），通过免疫共沉淀发现，巨噬细胞在MRSA感染后，QKI能够被泛素化降解（图5b-e）。经过免疫共沉淀和质谱技术实验分析，巨噬细胞中的QKI分子能够结合多种泛素化酶（图6a）。经实验验证，QKI能够被泛素化酶Rnf6结合并降解，并影响PI3K p110β及下游自噬水平（图6b-i）。

图5 QKI在感染后被泛素化降解

（图源：Dongsheng Z et al. Cell&Bioscience, 2022）

图6  Rnf6降解QKI并影响PI3K p110β及自噬水平

（图源：Dongsheng Z et al. Cell&Bioscience, 2022 ）

最后，研究者利用磷酸钙脂质体纳米颗粒包裹了靶向QKI特异的siRNA（siQKI-LCP），对MRSA感染小鼠进行干预治疗。小鼠腹腔注射不同剂量的siQKI-LCP，研究者发现该纳米药物能够显著降低腹腔巨噬细胞QKI表达水平（图7a-d）。利用该纳米药物对感染的小鼠治疗，发现能够有效提高小鼠生存率。但是PI3K p110β特异抑制剂TGX221则干扰了治疗效果，证明并且该过程依赖于PI3K p110β相关通路。

图7  靶向QKI的纳米药物具有较好的抗感染治疗效果

（图源：Dongsheng Z et al. Cell Biosci, 2022）

图8  机制图解

（图源：Dongsheng Z et al. Cell Biosci, 2022）

文章结论与讨论，启发与展望

综上所述，该研究证明了在MRSA感染诱导的脓毒症模型中，巨噬细胞RNA结合蛋白QKI表达下调，自噬水平升高，导致巨噬细胞清除及杀菌能力增强，从而对脓毒症小鼠发挥保护作用。机制研究发现QKI通过结合PI3K p110βmRNA，使其滞留在P body内从而抑制其在胞内的翻译，影响了PI3K p110β的表达，进而影响了自噬。同时，研究者进一步揭示Rnf6介导的QKI泛素化降解是QKI表达下调的重要机制。最后，通过磷酸钙脂质体包裹靶向QKI的siRNA合成纳米药物对脓毒症小鼠进行治疗，研究者发现该纳米药物对MRSA感染小鼠具有良好的保护作用，证明QKI可能作为耐药菌MRSA感染诱发脓毒症的的治疗靶点（图8）。当然，该研究还存在一定局限，近年研究表明，LC3相关的吞噬作用（LAP）作为一种新的非经典的自噬形式，它也参与吞噬病原体、死亡细胞及调控巨噬细胞的免疫反应[8, 9]，并且与经典自噬途径共用一些蛋白，如VPS34, VPS15, BECN1, ATG5 和 LC3等[9, 10]，因此，QKI是否参与LAP的调控，进而影响病原体的清除还有待进一步研究。

原文链接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36088389/

第一作者：翟东昇（左），通讯作者：汪莉（中）、卢兹凡（右）

（照片提供自：汪莉/卢兹凡团队）

作者简介（上下滑动阅读） 

汪莉，医学博士，空军军医大学药学系生物制药学教研室副教授。长期从事肿瘤免疫、感染性疾病及自身免疫性疾病的相关研究，以第一作者/通讯作者在Cell&Bioscience、 Front Immunol、Cell death discovery、Oncotarget、Arthritis research and therapy等发表学术论文十余篇，获国家发明专利授权13项，主持完成国家自然科学基金1项，肿瘤重点实验室自主课题1项，陕西省基础研发计划1项，作为学术骨干参与国家自然科学基金面上项目、国际合作项目十余项。

卢兹凡，空军军医大学药学系生物制药学教研室教授，博士生导师。1989年毕业于华西医科大学医学专业，1997年获得第四军医大学分子生物学博士，2000-2003年在哈佛大学医学院细胞生物学系和爱莫瑞大学药理系进行博士后研究。主要研究方向是转录后调控在肿瘤、免疫、代谢病等疾病中的细胞功能与分子机制；肿瘤液态活检与核酸快速检测新技术的研发。负责国家重点研发项目计划1项，国家自然科学基金重点项目1项；5项面上项目支持；获国家科学技术进步奖二等奖1项；作为主要作者在Gastroenterology, EMBO J, EMBO report等国际期刊发表SCI论文50余篇; 获国家发明专利授权4项。参与国家级教程《生物制药学》编写；主编专著《药物基因组学》。

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参考文献（上下滑动阅读） 

[1] Michael S. Niederman MD. Antibiotic Use in Sepsis- How and Why Less Can Really Mean More (Survival). American Thoracic Society. 2020

[2] Kistler JM, Thoder JJ, Ilyas AM. MRSA Incidence and Antibiotic Trends in Urban Hand Infections: A 10-Year Longitudinal Study. Hand (New York, NY). 2019;14(4):449-54.

[3] Xu F, Ma Y, Huang W, Gao J, Guo M, Li J, et al. Typically inhibiting USP14 promotes autophagy in M1-like macrophages and alleviates CLP-induced sepsis. Cell Death Dis. 2020;11(8):666.

[4] Galarneau A, Richard S. Target RNA motif and target mRNAs of the Quaking STAR protein. Nat Struct Mol Biol. 2005;12(8):691-8.

[5] Chen Y, Tian D, Ku L, Osterhout DJ, Feng Y. The selective RNA-binding protein quaking I (QKI) is necessary and sufficient for promoting oligodendroglia differentiation. J Biol Chem. 2007;282(32):23553-60.

[6] Ren J, Dai C, Zhou X, Barnes JA, Chen X, Wang Y, et al. Qki is an essential regulator of microglial phagocytosis in demyelination. J Exp Med. 2021;218(1).

[7] Wang W, Zhai D, Bai Y, Xue K, Deng L, Ma L, et al. Loss of QKI in macrophage aggravates inflammatory bowel disease through amplified ROS signaling and microbiota disproportion. Cell Death Discov. 2021;7(1):58.

[8] Martinez J, Malireddi RK, Lu Q, Cunha LD, Pelletier S, Gingras S, et al. Molecular characterization of LC3-associated phagocytosis reveals distinct roles for Rubicon, NOX2 and autophagy proteins. Nat Cell Biol. 2015;17(7):893-906.

[9] Heckmann BL, Green DR. LC3-associated phagocytosis at a glance. J Cell Sci. 2019;132(5).

[10] Ligeon LA, Loi M, Munz C. LC3-Associated Phagocytosis and Antigen Presentation. Curr Protoc Immunol. 2018;123(1):e60.

本文完