Immunity丨复旦李继喜组等在天然免疫NF-kB信号领域取得新进展

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10月17日，复旦大学生命科学学院李继喜实验室与美国麻省大学Neal Silverman教授以及哈佛大学医学院吴皓教授合作在Immunity杂志发表了题为“Peptidoglycan-Sensing Receptors Trigger the Formation of Functional Amyloids of the Adaptor Protein Imd to Initiate Drosophila NF-kB Signaling”的研究论文，在天然免疫NF-kB信号通路研究方面取得重要进展。研究表明，在天然免疫应答中，淀粉样蛋白纤维的形成可能是信号转导的一种常见调节机制，最终可介导不同的细胞命运（细胞死亡、NF-kB转录激活） ；同时该研究构建了免疫应答与神经退行性疾病之间的联系，将有助于我们进一步理解神经退行性疾病的发生机制。

昆虫和鱼类的天然免疫应答依赖于Toll和IMD两类通路来激活NF-kB信号转导，从而应对细菌细胞壁肽聚糖（PGN）的刺激。Toll通路主要介导真菌和多数革兰氏阳性菌的免疫刺激（下图），相关研究已经获得了2011年诺贝尔生理学或医学奖。革兰氏阴性菌以及芽孢杆菌通常激活IMD通路（下图）。

图片引自：Tanji, T., & Ip, Y. T. (2005). Regulators of the Toll and Imd pathways in the Drosophila innate immune response.Trends in immunology, 26(4), 193-198.

与哺乳动物TNF受体（TNFR）信号通路相对应，果蝇IMD蛋白的上游模式识别受体为PGRP-LC 和PGRP-LE，下游信号分子包括dFADD、Dredd（caspase homolog）、dTAK1、dIKK 复合物和NF-kB 前体Relish。NF-kB 转录因子Relish激活后进入细胞核，表达一系列抗菌肽（下图）。

图片引自：Valanne, S., Wang, J. H., & Rämet, M. (2011). The Drosophila toll signaling pathway. TheJournal of Immunology, 186(2), 649-656.

2012年李继喜博士在美国科学院院士吴皓教授实验室做博士后时，发现哺乳动物TNF引起细胞程序性坏死过程中RIP1/RIP3复合物形成功能性淀粉样纤维，通过信号放大平台，引起细胞坏死（2012，Cell）。事实上，最近的研究也表明RIP3下游蛋白，细胞程序性坏死的执行者MLKL可形成二硫键依赖型的淀粉样纤维（2017，PNAS）。多数淀粉样纤维与神经退行性疾病相关，而新发现的功能性淀粉样蛋白则多与天然免疫应答相关（2013Cell，2014Nat Rev Mol Cell Biol）。

过去的研究表明，RIP1/RIP3主要通过RHIM结构域相互作用，该结构域最核心序列为4个氨基酸（VXXG）。果蝇IMD信号通路中的IMD、PGRP-LC 和PGRP-LE有类似序列但缺乏哺乳动物RHIM中的氨基酸Q (2006,Nat Immunol)。有意思的是，果蝇S2细胞中IMD信号并不引起细胞死亡。

李继喜课题组与美国麻省大学医学院Neal Silverman教授、Francis Chan教授以及哈佛大学医学院吴皓教授团队合作通过X-ray粉末衍射，负染电子显微镜和染色结合实验等方法发现，PGRP-LC和PGRP-LE的RHIM结构域在体内、体外均形成淀粉样纤维。PGRP-LC和PGRP-LE通过RHIM相互作用引起IMD高聚（下图）；但当加入淀粉样蛋白特异结合试剂ThT（Thioflavin T）时，IMD信号转导和淀粉样蛋白的形成均受到抑制（下图）。该研究进一步发现NF-kB激活表达的PIRK蛋白抑制IMD高聚成纤维，因此PIRK可作为动物体内介导RHIM结构域淀粉样蛋白形成的内源性抑制分子。

本文的结果及前述研究表明，在天然免疫应答中，淀粉样蛋白纤维的形成可能是信号转导的一种常见调节机制，最终可介导不同的细胞命运（细胞死亡、NF-kB转录激活） ；同时该研究构建了免疫应答与神经退行性疾病之间的联系，将有助于我们进一步理解神经退行性疾病的发生机制。

据悉，李继喜课题组硕士生申彦芳和博士后黄静参与部分研究工作，李继喜教授与麻省大学Neal Silverman教授、哈佛大学医学院吴皓教授为本文的共同通讯作者。

李继喜课题组主要从事病原体-宿主天然免疫应答相关蛋白质复合物的结构基础与分子机制研究，已在Cell、Immunity、PNAS、Annu Rev Immunol等杂志发表多篇论文。近期，该课题组还在细胞炎性坏死（细胞焦亡）领域取得重要进展，阐明了GSDMD蛋白的自抑制结构基础，有助于进一步理解GSDMD在炎性细胞坏死发生中的作用机理，相关成果以“Structure insight of GSDMD reveals the basis of GSDMD autoinhibition in cell pyroptosis”为题发表在PNAS杂志上。

参考文献：

Li J et al. The RIP1/RIP3 necrosome forms a functional amyloid signaling complex required for programmed necrosis.Cell.2012, 150, 339-350.

Liu S et al. MLKL forms disulfide bond-dependent amyloid-like polymers to induce necroptosis.Proc Natl Acad Sci U S A.2017 Sep 5;114(36):E7450-E7459.

Wu H. Higher-order assemblies in a new paradigm of signal transduction.Cell.2013 11;153(2):287-92.

Knowles TP et al. The amyloid state and its association with protein misfolding diseases.Nat. Rev. Mol. Cell Biol.2014, 15, 384-396.

Kaneko T et al. PGRP-LC and PGRP-LE have essential yet distinct functions in the drosophila immune response to monomeric DAP-type peptidoglycan.Nat Immunol.2006, 7(7):715-23.

Kleino A et al. Peptidoglycan-Sensing Receptors Trigger the Formation of Functional Amyloids of the Adaptor Protein Imd to Initiate Drosophila NF-kB Signaling,Immunity2017,Oct 17, https://doi.org/10.1016/j.immuni.2017.09.011