Nat Immunol | 孙兵/吴斌合作报道应急颗粒组装协同GSDMD膜孔道调控IL-33释放

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关键词： Nat合作

资讯来源：BioArt

发布时间： 2022-07-09

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过敏原中的蛋白酶活性成分是重要致病因子，通过诱导上皮屏障中白细胞介素(IL)-33释放从而促进呼吸道过敏性炎症反应 【1,2】 。IL-33是一种组成性表达于基质细胞的细胞核的炎症因子，它可快速响应环境损伤刺激从而释放到细胞外 【3,4】 。尽管IL-33的胞外功能已被广泛报道，但是其如何响应外界损伤信号（过敏原蛋白酶）刺激进而从细胞核释放到细胞外的机制仍然不清楚。

2022年7月6日，中科院分子细胞科学卓越创新中心孙兵研究组与广东医科大学附属医院吴斌研究团队合作在Nature Immunology发表了文章 Allergen proteases-activated stress granules assembly and GSDMD fragmentation control IL-33 secretion ，揭示了来自过敏原中的多种蛋白酶类成分诱导上皮细胞IL-33从细胞核转位到细胞质进一步释放到细胞外的这一过程，为干预气道IL-33依赖的过敏性疾病提出治疗的新策略。

呼吸道过敏性疾病如哮喘、花粉热(过敏性鼻炎)等是困扰全世界数百万人的常见疾病，其发病率在中高等发达国家中呈上升趋势。当患者暴露于含有过敏原如尘螨、霉菌、细菌、植物花粉和动物皮屑的环境中时，这些疾病通常会加剧并恶化 【5,6】 。过敏原中的蛋白酶活性成分是重要致病因子, 多种源自过敏原包括尘螨（HDM），烟曲霉菌真菌（Aspergillus fumigatus）以及地衣芽孢杆菌（Bacillus licheniformis）中的丝氨酸蛋白酶和半胱氨酸蛋白酶，可高效的在体内外诱导IL-33的释放 【1,2】 ，释放到细胞外的IL-33通过活化下游表达ST2受体的多种细胞类型进而引发过敏性炎症反应，因而IL-33的调控在引发气道炎症性疾病中起关键作用 【3,4】 。

作者们利用体外小鼠和人的肺上皮细胞系建立了过敏原诱导IL-33释放的急性模型，发现IL-33可以在30min内响应多种的过敏原蛋白酶的刺激释放到细胞外，此过程伴随着Gasdermin D (GSDMD) 蛋白的剪切活化，即N-端剪切新形式p40的产生。不同于经典的GSDMD活化，过敏原蛋白酶诱导这一过程并不伴随明显的细胞死亡发生，其产生也不依赖经典的炎性caspase家族的蛋白酶，因而这是一种新发现的GSDMD剪切活化的途径，其高效地调控细胞质内IL-33的释放。

为了进一步了解IL-33从细胞核和转运到细胞质的过程，研究人员通过核质分离以及免疫共沉淀发现过敏原蛋白酶刺激诱导细胞的应急颗粒（Stress granules）组装活化（G3BP1包内聚点），并促进IL-33与G3BP1的相互作用，值得注意的是进入细胞质的IL-33并不能直接释放，因而应急颗粒组装调控了IL-33出核的过程。多种过敏原来源的蛋白酶都可以诱导应急颗粒的组装，但是不同于经典的磷酸化的真核转录起始因子 (EIF) -2α的应急颗粒组装，过敏原蛋白酶促进EIF4A1的降解，从而促进应急颗粒组装。使用EIF4A的抑制因子抑制剂Actinomycin D，可以有效的抑制过敏原蛋白酶诱导的IL-33释放。在小鼠体内，作者发现GSDMD蛋白在HDM诱导的二型免疫反应的肺部的呈现升高表达趋势，敲出小鼠的GSDMD表达基因，可以有效的抑制包括HDM和木瓜蛋白酶（Papain）诱导的气道免疫反应。在哮喘病人中，作者也观察到了GSDMD肺部表达与肺灌洗液中的IL-33以及血液中的IgE呈现正相关趋势。

图1 蛋白酶刺激上皮细胞IL-33释放的机制图

总的来说，该研究揭示了源自过敏原中的蛋白酶类成分诱导上皮细胞应急颗粒组装从而促进IL-33的核质转移，进入细胞质的IL-33进一步通过N-端GSDMD膜孔道释放到细胞外的分子机制，高效地的调控细胞核内IL-33的分泌，为干预气道IL-33依赖的过敏性疾病提出治疗的新策略。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41590-022-01255-6

制版人：十一

参考文献

1. Dai X, Tohyama M, Murakami M, Shiraishi K, Liu S, Mori H, et al. House dust mite allergens induce interleukin 33 (IL-33) synthesis and release from keratinocytes via ATP-mediated extracellular signaling. Biochimica et biophysica acta Molecular basis of disease 2020, 1866(5): 165719.

2. Alvarez MJ, Olaguibel JM, Acero S, Garcia BE, Tabar AI, Urbiola E. Effect of current exposure to Der p 1 on asthma symptoms, airway inflammation, and bronchial hyperresponsiveness in mite-allergic asthmatics. Allergy 2000, 55(2): 185-190.

3. Lamkanfi M, Dixit VM. IL-33 raises alarm. Immunity 2009, 31(1): 5-7.

4. Liew FY, Girard JP, Turnquist HR. Interleukin-33 in health and disease. Nature reviews Immunology 2016, 16(11): 676-689.

5. Holgate ST, Polosa R. The mechanisms, diagnosis, and management of severe asthma in adults. Lancet 2006, 368(9537): 780-793.

6. Locksley RM. Asthma and allergic inflammation. Cell 2010, 140(6): 777-783.

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