2022年6月29日，中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究所暨中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院免疫治療研究中心曹雪濤院士團(tuán)隊(duì)在Signal Transduction and Targeted Therapy雜志發(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(bào)道了alkB同源物5 RNA去甲基化酶（alkB homolog 5 RNA demethylase，ALKBH5）在機(jī)體抗菌免疫防御過程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，首次揭示了中性粒細(xì)胞ALKBH5及N6-甲基腺嘌呤（N6-methyladenosine，m6A）RNA修飾可以調(diào)控其遷移能力的表觀新機(jī)制。
中性粒細(xì)胞迅速且有效地遷移到感染部位是機(jī)體抵御細(xì)菌感染與天然免疫應(yīng)答的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，若該過程被抑制則會(huì)引發(fā)持續(xù)的細(xì)菌感染并導(dǎo)致過度炎癥反應(yīng)甚至膿毒癥。以往關(guān)于中性粒細(xì)胞遷移的研究主要集中在趨化因子等細(xì)胞外信號(hào)，然而決定中性粒細(xì)胞遷移能力的內(nèi)在分子及其調(diào)控機(jī)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修飾，其在免疫與炎癥反應(yīng)中發(fā)揮著重要調(diào)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(bào)道了ALKBH5介導(dǎo)的RNA m6A去甲基化可通過抑制巨噬細(xì)胞中靶基因的RNA降解引發(fā)細(xì)胞代謝重塑來調(diào)控病毒-宿主互作過程，并提出了宿主防御的表觀-代謝新機(jī)制（Liu Y, et al. Science. 2019, 365(6458): 1171-1176）。然而，ALKBH5與m6A RNA修飾是否參與調(diào)控中性粒細(xì)胞相關(guān)的抗菌免疫應(yīng)答及其作用機(jī)制目前尚不明確。
在上述研究基礎(chǔ)上，該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)細(xì)菌感染可導(dǎo)致中性粒細(xì)胞中ALKBH5的表達(dá)水平下調(diào)，且該現(xiàn)象在膿毒癥小鼠體內(nèi)分離的中性粒細(xì)胞與細(xì)菌感染的原代人外周血中性粒細(xì)胞中具有物種保守性；臨床數(shù)據(jù)分析顯示膿毒癥患者外周血中性粒細(xì)胞的ALKBH5水平亦被下調(diào)，提示ALKBH5可能參與中性粒細(xì)胞的抗菌防御過程。隨后該團(tuán)隊(duì)通過盲腸結(jié)扎穿孔誘導(dǎo)的多種細(xì)菌感染性膿毒癥小鼠模型探究ALKBH5的體內(nèi)效應(yīng)并發(fā)現(xiàn)，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(nèi)的細(xì)菌載量與促炎性細(xì)胞因子水平均顯著高于野生型小鼠。以上結(jié)果證明ALKBH5具有抑制細(xì)菌感染與過度炎癥的作用。進(jìn)一步檢測(cè)顯示，中性粒細(xì)胞是膿毒癥小鼠感染部位最主要的天然免疫細(xì)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(xì)胞數(shù)量均顯著降低，然而中性粒細(xì)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)顯著抑制中性粒細(xì)胞表面趨化因子受體CXCR2的蛋白表達(dá)。體外遷移實(shí)驗(yàn)證實(shí)ALKBH5基因敲除會(huì)導(dǎo)致中性粒細(xì)胞的遷移能力顯著下降。以上結(jié)果說明ALKBH5通過直接增強(qiáng)中性粒細(xì)胞遷移能力來促進(jìn)感染部位的中性粒細(xì)胞聚集，從而有效清除細(xì)菌。隨后通過RNA-seq、m6A-RNA seq對(duì)以及相關(guān)功能分析作者發(fā)現(xiàn)，在細(xì)菌感染過程中，ALKBH5能夠賦予中性粒細(xì)胞具有促遷移特性的轉(zhuǎn)錄組表達(dá)特征，并鑒定出了ALKBH5在細(xì)菌感染早期與晚期動(dòng)態(tài)促進(jìn)中性粒細(xì)胞遷移的關(guān)鍵效應(yīng)分子。機(jī)制上，ALKBH5介導(dǎo)的RNA m6A去甲基化作用通過改變靶分子的RNA穩(wěn)定性來調(diào)控其蛋白表達(dá)，由此增強(qiáng)中性粒細(xì)胞自身的遷移能力，具體包括：上調(diào)具有促進(jìn)中性粒細(xì)胞遷移作用的CXCR2與NLRP12表達(dá)，下調(diào)具有抑制中性粒細(xì)胞遷移作用的PTGER4，TNC與WNK1表達(dá)。
本研究首次發(fā)現(xiàn)ALKBH5通過內(nèi)在機(jī)制促進(jìn)中性粒細(xì)胞遷移來增強(qiáng)天然免疫應(yīng)答的新功能，揭示了抗菌免疫防御的新型表觀調(diào)控機(jī)制；從RNA修飾這一新視角闡明了細(xì)菌感染抑制中性粒細(xì)胞CXCR2表達(dá)與遷移的現(xiàn)象、膿毒癥的致病機(jī)理；并提出了靶向中性粒細(xì)胞內(nèi)m6A RNA修飾這一策略應(yīng)用于控制細(xì)菌感染的新思路。
本研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金委基礎(chǔ)科學(xué)中心項(xiàng)目與面上項(xiàng)目（81788101，82071793）、中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院醫(yī)學(xué)與健康科技創(chuàng)新工程（2021-I2M-1-017）等項(xiàng)目的支持。基礎(chǔ)醫(yī)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(dú)立第一作者。
論文鏈接: https://doi.org/10.1038/s41392-022-01020-z.
