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Nature Communications|上海市免疫学研究所王静团队揭示系统性红斑狼疮中调控中性粒细胞释放线粒体DNA的新机制
发布日期：2023-02-17

科研进展

2023年2月16日，王静研究员课题组及临床合作团队在Nature Communications杂志上发表了题为“Oxidized mitochondrial DNA induces gasdermin D oligomerization in systemic lupus erythematosus”的研究论文。该论文首次通过双光子活体成像捕捉到中性粒细胞在活体狼疮小鼠肾小球毛细血管释放DNA的动态过程，揭示了氧化的线粒体DNA调控消皮素D (Gasdermin D，GSDMD) 寡聚化是诱导DNA释放的关键因子，为临床开发靶向GSDMD抑制剂治疗系统性红斑狼疮患者提供了理论依据。

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异常调节的核DNA以及线粒体DNA在外周循环系统的累积，是自身免疫性疾病例如系统性红斑狼疮（Systemic lupus erythematosus, SLE）自身抗体产生的重要来源^[1,2]，然而诱导细胞内DNA释放到胞外的作用机制仍不明确。

研究团队首先在SLE患者外周血和肾穿刺活检样本中检测到GSDMD在中性粒细胞显著切割活化。应用双光子活体显微镜拍摄到中性粒细胞在狼疮小鼠肾脏中浸润明显增加，Sytox green染色显示狼疮小鼠中性粒细胞胞外诱捕网 (Neutrophil extracellular traps, NETs) 的产生存在两种不同释放过程，短时的释放（30分钟，图1a）和长时的释放（大于90分钟，图1b），并且GSDMD敲除显著抑制了狼疮小鼠体内NETs的释放。

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图1. 活体成像捕捉狼疮小鼠肾脏中性粒细胞（红色）释放DNA（绿色）的过程

研究人员进一步在免疫复合物诱导的人外周血中性粒细胞以及SLE患者的低密度粒细胞中，检测到线粒体DNA氧化并释放到胞外。GSDMD抑制剂双硫仑（Disulfiram, DSF）和线粒体超氧化物清除剂MitoTEMPO显著抑制NETs和线粒体DNA的释放。已有的研究表明GSDMD通过寡聚化在细胞膜上打孔促进细胞内容物释放^[3,4]。研究人员通过非变性胶检测到狼疮小鼠和SLE患者中性粒细胞GSDMD寡聚体的形成。通过序列比对，发现GSDMD的N端含有大量带正电荷的氨基酸位点并且高度保守。进一步实验证实带负电荷的线粒体DNA可以直接和GSDMD-N结合。随后，应用线粒体转录抑制剂和线粒体外膜、内膜抑制剂，均显著抑制了免疫复合物诱导的GSDMD寡聚体的形成。通过构建LPS和重组人Caspase-4/GSDMD纯化蛋白共孵育体系，证实mtDNA促进GSDMD的寡聚化。

在Pristane诱导的狼疮小鼠模型中，GSDMD全基因敲除以及GSDMD中性粒细胞特异性敲除均显著抑制了狼疮小鼠疾病进程，包括自身抗体产生减少，促炎症反应显著降低及肾脏免疫复合物沉积的减轻。在自发性红斑狼疮MRL/lpr小鼠模型中，应用GSDMD抑制剂DSF治疗小鼠，结果显示自身抗体产生减少及疾病缓解。

综上，本项研究通过双光子活体显微成像技术揭示了一种全新的氧化线粒体DNA调控GSDMD寡聚化，进而诱导中性粒细胞DNA释放的作用机制（图2），为临床开发针对GSDMD为作用靶点治疗SLE患者提供理论依据。

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图2. SLE中性粒细胞释放线粒体DNA的分子机制模式图

上海交通大学医学院上海市免疫学研究所王静研究员，复旦大学基础医学院生理系陆利民教授，上海交通大学医学院附属第六人民医院肾内科尹建永医生为论文共同通讯作者，缪乃俊助理研究员和王祝宁硕士研究生为论文的共同第一作者。该项目得到科技部重点研发计划，国家自然科学基金优青项目、面上项目，上海市科委面上项目的大力支持。同时感谢上海交通大学基础医学院公共平台，上海市免疫学研究所双光子显微成像平台的技术支持。

王静，研究员，博士生导师，上海交通大学医学院/上海市免疫学研究所课题组长（PI）。研究团队结合活体显微成像、单细胞多组学等前沿工具，聚焦中性粒细胞参与炎症反应的动态过程与功能调控机制的研究。以通讯／第一作者 在Nature Immunology （2013）, Cell （2016）, Science （2017）， Journal of Clinical Investigation （2021）, Nature Communications （2022）， Nature Communications（2023）等国际知名学术期刊发表系列研究论文。入选国家自然科学基金委优秀青年、上海高校特聘教授（东方学者）。

王静课题组长期招收博士后，固有免疫，细胞生物学与生物信息等相关研究背景优先，课题组将为加入的成员提供具有竞争力的待遇、一流的研究平台和良好的发展前景。相关申请事项请联系（jingwang@shsmu.edu.cn）。

【参考文献】

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