基礎醫學(xué)研究所曹雪濤院士團隊發(fā)現中性粒細胞抗菌免疫防御新機制
2022年6月29日，中國醫學(xué)科學(xué)院基礎醫學(xué)研究所暨中國醫學(xué)科學(xué)院免疫治療研究中心曹雪濤院士團隊在Signal Transduction and Targeted Therapy雜志（影響因子38.104）發(fā)表了題為“m6A demethylase ALKBH5 is required for antibacterial innate defense by intrinsic motivation of neutrophil migration”的研究論文。研究報道了alkB同源物5 RNA去甲基化酶（alkB homolog 5 RNA demethylase，ALKBH5）在機體抗菌免疫防御過(guò)程中發(fā)揮著(zhù)至關(guān)重要的作用，首次揭示了中性粒細胞ALKBH5及N6-甲基腺嘌呤（N6-methyladenosine，m6A）RNA修飾可以調控其遷移能力的表觀(guān)新機制。
中性粒細胞迅速且有效地遷移到感染部位是機體抵御細菌感染與天然免疫應答的關(guān)鍵環(huán)節，若該過(guò)程被抑制則會(huì )引發(fā)持續的細菌感染并導致過(guò)度炎癥反應甚至膿毒癥。以往關(guān)于中性粒細胞遷移的研究主要集中在趨化因子等細胞外信號，然而決定中性粒細胞遷移能力的內在分子及其調控機制亟待深入探索。m6A是哺乳動(dòng)物mRNA上存在最為普遍的一種表觀(guān)修飾，其在免疫與炎癥反應中發(fā)揮著(zhù)重要調控作用。其中，ALKBH5是去除RNA上m6A甲基化修飾的去甲基化酶。
2019年，曹雪濤院士帶領(lǐng)劉洋博士等在Science雜志發(fā)表論文，首次報道了ALKBH5介導的RNA m6A去甲基化可通過(guò)抑制巨噬細胞中靶基因的RNA降解引發(fā)細胞代謝重塑來(lái)調控病毒-宿主互作過(guò)程，并提出了宿主防御的表觀(guān)-代謝新機制（Liu Y, et al. Science. 2019, 365(6458): 1171-1176）。然而，ALKBH5與m6A RNA修飾是否參與調控中性粒細胞相關(guān)的抗菌免疫應答及其作用機制目前尚不明確。
本論文研究?jì)热菔窃搱F隊的延續性工作。該團隊發(fā)現細菌感染可導致中性粒細胞中ALKBH5的表達水平下調，且該現象在膿毒癥小鼠體內分離的中性粒細胞與細菌感染的原代人外周血中性粒細胞中具有物種保守性；臨床數據分析顯示膿毒癥患者外周血中性粒細胞的ALKBH5水平亦被下調，提示ALKBH5可能參與中性粒細胞的抗菌防御過(guò)程。隨后該團隊通過(guò)盲腸結扎穿孔誘導的多種細菌感染性膿毒癥小鼠模型探究ALKBH5的體內效應并發(fā)現，ALKBH5基因缺失會(huì )增加膿毒癥小鼠的死亡率，且ALKBH5基因敲除小鼠體內的細菌載量與促炎性細胞因子水平均顯著(zhù)高于野生型小鼠。以上結果證明ALKBH5具有抑制細菌感染與過(guò)度炎癥的作用。進(jìn)一步檢測顯示，中性粒細胞是膿毒癥小鼠感染部位最主要的天然免疫細胞；且相較于野生型小鼠，ALKBH5基因敲除小鼠腹腔與外周血中的中性粒細胞數量均顯著(zhù)降低，然而中性粒細胞主要趨化因子的水平并未降低甚至在感染后期有所升高。與此同時(shí)，ALKBH5缺失會(huì )顯著(zhù)抑制中性粒細胞表面趨化因子受體CXCR2的蛋白表達。體外遷移實(shí)驗證實(shí)ALKBH5基因敲除會(huì )導致中性粒細胞的遷移能力顯著(zhù)下降。以上結果說(shuō)明ALKBH5通過(guò)直接增強中性粒細胞遷移能力來(lái)促進(jìn)感染部位的中性粒細胞聚集，從而有效清除細菌。隨后通過(guò)RNA-seq、m6A-RNA seq對以及相關(guān)功能分析作者發(fā)現，在細菌感染過(guò)程中，ALKBH5能夠賦予中性粒細胞具有促遷移特性的轉錄組表達特征，并鑒定出了ALKBH5在細菌感染早期與晚期動(dòng)態(tài)促進(jìn)中性粒細胞遷移的關(guān)鍵效應分子。機制上，ALKBH5介導的RNA m6A去甲基化作用通過(guò)改變靶分子的RNA穩定性來(lái)調控其蛋白表達，由此增強中性粒細胞自身的遷移能力，具體包括：上調具有促進(jìn)中性粒細胞遷移作用的CXCR2與NLRP12表達，下調具有抑制中性粒細胞遷移作用的PTGER4，TNC與WNK1表達。
本研究首次發(fā)現ALKBH5通過(guò)內在機制促進(jìn)中性粒細胞遷移來(lái)增強天然免疫應答的新功能，揭示了抗菌免疫防御的新型表觀(guān)調控機制；從RNA修飾這一新視角闡明了細菌感染抑制中性粒細胞CXCR2表達與遷移的現象、膿毒癥的致病機理；并提出了靶向中性粒細胞內m6A RNA修飾這一策略應用于控制細菌感染的新思路。
本研究工作得到國家自然科學(xué)基金委基礎科學(xué)中心項目與面上項目（81788101，82071793）、中國醫學(xué)科學(xué)院醫學(xué)與健康科技創(chuàng )新工程（2021-I2M-1-017）等項目的支持。基礎醫學(xué)研究所曹雪濤院士和劉洋博士為論文共同通訊作者，劉洋同時(shí)為論文的獨立第一作者。
論文鏈接: https://doi.org/10.1038/s41392-022-01020-z.
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