近日，Science Advances在線發表了bet356在线官方网站柴人傑教授課題組李異媛副研究員聯合浙江大學生命科學研究院靳津教授團隊的研究成果“Substrate-specific recognition of IKKs mediated by USP16 facilitates autoimmune inflammation”。這項研究發現，去泛素化酶USP16可通過調控IKK複合物的底物識别介導NF-κB信号通路的活化，進而促進炎症性腸病和結腸癌的發展。
先天免疫系統是人體對抗外界抗原産生應答的第一道防線，經典的M1型巨噬細胞是能夠産生促炎細胞因子的巨噬細胞，具有很強的吞噬和降解病原體的能力，但是這種特性也容易引起組織破壞并引發炎症反應。加劇的炎症反應可能導緻對健康有害的疾病，包括炎症性腸病、系統性紅斑狼瘡和多發性硬化症等。既往研究表明，M1型巨噬細胞的極化可由NF-κB信号通路介導完成。NF-κB是一類廣泛存在于真核細胞中的轉錄因子，其通路的精細調控，與免疫反應和其他例如細胞增殖、轉化、凋亡等關鍵生理病理過程密切相關。作為經典NF-κB信号通路的關鍵調控因子，IKKβ起到識别并磷酸化下遊底物IκB家族蛋白的作用。磷酸化的IκB家族蛋白，即IκBα和p105蛋白，通過泛素化修飾和蛋白酶體依賴性降解途徑，将具有轉錄起始活性的NF-κB分子釋放到細胞核中，啟動相關基因的表達。在不同的生理病理情況下，IKKβ經不同的刺激和調節機制誘導不同底物的活化，但目前領域内對IKKβ如何選擇性識别特定底物的分子機制還所知甚少。
作者在研究中發現，即使在缺失IκBα招募蛋白NEMO的情況下，p105仍然存在一定程度的磷酸化，推測可能存在其他的類NEMO的調節型蛋白，參與IKKβ對特定底物的招募過程。通過質譜分析，作者确定了一種特異結合IKKα和IKKβ的去泛素化酶USP16，與NEMO一樣，USP16與IKKβ上的同一結構域形成組成型的結合；USP16與NEMO上都存在一段包含5個氨基酸的保守序列，該序列對其與IKKβ的結合是必需的。因此作者認為，USP16與NEMO競争結合IKKβ。在USP16缺失的髓樣細胞中，p105的活化明顯減少，而IκBα不受影響，且在受到Toll樣受體（TLR）激動劑刺激時，NF-κB通路靶向的促炎因子IL-6、IL-12a、TNF-α的分泌能力明顯下降。進一步研究發現，與IKKβ結合的USP16特異性擦除IKKβ上K6和K33-linked多聚泛素化鍊，去泛素化的IKKβ選擇性識别p105并磷酸化p105，從而實現對NF-κB信号通路的進一步激活。
經典NF-κB通路的激活與炎症性腸病（IBD）的發生密切相關。研究表明，具有突變Nfkb1基因（編碼p105）的IBD患者病理表現更為嚴重，而不能表達p105的突變體小鼠會出現自發性腸道炎症的情況。因此作者推測，IKKβ對p105的選擇性識别和激活在IBD的發生發展過程中起重要作用。首先，通過對病人樣本的分析，他們發現IBD患者腸道巨噬細胞的USP16表達水平顯著高于健康人，且炎症區域的USP16表達顯著高于非炎症區域。同時，免疫熒光染色顯示USP16與巨噬細胞在病人腸道切片中顯示出明顯的共定位。最終，通過實驗性結腸炎和結腸癌模型，作者發現髓樣細胞中條件性敲除USP16的小鼠果然表現出明顯減輕的炎性症狀，腫瘤發生相較野生型小鼠也明顯減少。
綜上，這項工作闡明了USP16及其介導的IKKβ去泛素化為NF-κB信号轉導和炎症性腸病發生的新型調節機制，并提示了USP16在結腸炎介導的結直腸癌發病機理中的重要作用。由于NF-κB參與各種生理病理過程，目前抑制該通路的藥物具有廣泛的副作用，不能實現臨床上有效的腸道炎症治療，該研究希望能為髓樣細胞介導的炎症性腸病治療提供新的幹預靶點。
原文鍊接：https://advances.sciencemag.org/content/7/3/eabc4009
