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IF= 64.5 | Cell 朱書等人發現Gasdermin D可以通過調節MHCII水平誘導小腸維持對食物的耐受性

瀏覽次數:117      日期:2023-07-28 14:11:47


腸上皮細胞(IEC)構成宿主細胞和眾多外來抗原之間的主要屏障;目前尚不清楚IEC是如何誘導針對病原體的保護性免疫,并同時維持對食物的免疫耐受。近日,中國科技大學朱書教授團隊在腸道免疫研究中取得新進展,于2023年6月在CELL雜志發表了一文Gasdermin D licenses MHCII induction to maintain food tolerance in small intestine,在對GSDMD在食物耐受中的功能進行詳細分析后,作者有了新的發現,ICE積累了一個未被熟知的 GSDMD 13-kD N 端片段,該片段由于 caspase-3/7 響應飲食抗原而裂解。作者通過小鼠對比試驗,證明GSDMD 的差異裂解可以被認為是控制小腸免疫與耐受的調節樞紐。

IF= 64.5

近年來,Cleaved Gasdermin D (GSDMD)蛋白作為介導細胞焦亡的關鍵執行蛋白引起了科學界的廣泛關注(細胞焦亡:pyroptosis,是細胞死亡的一種裂解形式,可引發細胞自殺,是針對外來抗原的免疫防御的一個重要方面)。當細胞受到病原相關分子模式(PAMPs)和損傷相關分子模式(DAMPs)的刺激時,細胞內的信號感受器會通過炎癥小體(inflammasome)的依賴或非依賴機制激活caspase-1/4/5/8/11,從而切割GSDMD的N端,產生p30片段。這一過程進而導致細胞膜成孔、細胞焦亡和炎性因子的釋放。

這些功能主要是在髓系細胞研究中被發現,但在生理狀態下,GSDMD在多種組織器官中廣泛表達。作為gasdermin家族的成員,GSDMD在腸道尤其是小腸中表達豐富。因此,人們迫切希望了解GSDMD在腸道以及其他組織中的非焦亡功能,以及它在腸道中具體發揮的生理作用。

GSDMD分子在不同的細胞中呈現雙重免疫特性:對抗病原體,在細胞膜上形成孔穴,參與免疫激活;對食物抗原,進入細胞核,參與轉錄,從而誘導免疫耐受

圖1. GSDMD分子在不同的細胞中呈現雙重免疫特性:對抗病原體,在細胞膜上形成孔穴,參與免疫激活;對食物抗原,進入細胞核,參與轉錄,從而誘導免疫耐受。

研究人員首先對不同組織細胞中的GSDMD進行了蛋白印跡檢測,發現檢測的各組織樣品中只有在小腸的IEC中能檢測到一條大約13kD大小的剪切帶。進一步的研究表明,這個剪切帶是由食物抗原刺激下的十二指腸IECs中的CASPASE-3/7切割GSDMD的N端的88位天冬氨酸(人源GSDMD是87位)而產生的,并依此構建了GSDMD的小腸剪切突變GsdmdSICR鼠以進行后續研究。

CASP3/7在食物抗原誘導下切割GSDMD 88位天冬氨酸產生N13片段

圖2. CASP3/7在食物抗原誘導下切割GSDMD 88位天冬氨酸產生N13片段

那么,GSDMD的這一剪切帶具體在小腸中發揮著什么作用?研究人員首先構建了GSDMD的N13以及對應的C42片段的熒光質粒,他們發現N13片段會進入細胞核,并且懷疑核孔復合體的蛋白成員可能協助其進入細胞核。通過比對野生鼠和GSDMD 敲除鼠的前端小腸IEC的RNA 測序結果,研究人員發現GSDMD敲除會導致IEC的二類分子與二類分子的轉錄因子CIITA和MHCII的水平下降。

華美生物(Cusabio)助力論文發表:

華美生物(Cusabio)助力論文發表

針對這一現象,作者使用多種基因編輯以及特殊處理小鼠前端小腸IEC的二類分子進行FACS和qPCR實驗進行論證,結果證實:GSDMD的N13片段缺失會導致前端小腸IEC的二類分子表達水平顯著降低。后續的單細胞RNA測序結果證實,生理狀態下的這一變化只會發生在IEC中,對于其他經典的抗原遞呈細胞(包括B細胞和髓系細胞)則沒有影響。

此外通過單細胞RNA測序結果,研究人員發現,在N13片段缺失后,前端小腸的Tr1細胞明顯減少,qPCR和FACS試驗結果進一步佐證了N13片段缺失造成IEC二類分子下降從而導致Tr1細胞減少。由于Tr1細胞是一群免疫抑制型的CD4+ T細胞,并且被認為是誘導食物耐受的關鍵細胞之一,結合N13片段是由食物誘導產生且前端小腸具有營養物質的消化吸收的生理功能,研究人員猜測N13片段最終參與誘導食物耐受過程。為此,研究人員針對多種基因表達背景小鼠構建了兩組食物耐受模型,花生提取物誘導的花生過敏模型以及OVA誘導的遲發型超敏反應模型,結果表明,無法產生N13片段的GsdmdSICR鼠、IEC MHCII在IEC特異敲除以及Tr1缺失的小鼠都對食物表現出強烈的過敏反應。

這項研究為我們理解GSDMD在腸道中的非焦亡功能提供了重要線索,說明GSDMD維持宿主腸道穩態發揮了重要作用,并揭示了其在食物耐受中的潛在作用,為食物過敏的治療手段提供新思路。

華美生物(Cusabio)助力論文發表:

Mouse Interferon g, IFN-g ELISA Kit(CSB-E04578m)

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