海洋無(wú)脊椎動(dòng)物血淋巴分化和自噬取得新進(jìn)展
南海海洋所海洋生物分子生物學(xué)和遺傳學(xué)研究團(tuán)隊(duì)近期在無(wú)脊椎動(dòng)物牡蠣血淋巴的分化機(jī)制、吞噬細(xì)胞激活和自噬免疫方面取得了重要研究進(jìn)展。血淋巴細(xì)胞是無(wú)脊椎動(dòng)物最核心的免疫器官，解析其分化和吞噬細(xì)胞激活的調(diào)控機(jī)制是理解細(xì)胞免疫的關(guān)鍵。牡蠣血淋巴可分為顆粒細(xì)胞和透明細(xì)胞兩類(lèi)群，其中前者具有極強(qiáng)的吞噬能力和激發(fā)ROS的能力，是免疫防御的主要執(zhí)行者。研究者利用流式細(xì)胞分選結(jié)合單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序，發(fā)現(xiàn)顆粒細(xì)胞中175個(gè)特異高表達(dá)的核心差異表達(dá)基因，表明其可能是一種“激活態(tài)”的細(xì)胞類(lèi)群。進(jìn)一步分析顯示，這些基因形成了以Cdc42為核心的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，調(diào)節(jié)了細(xì)胞骨架、吞噬作用、線粒體呼吸鏈等多種免疫細(xì)胞活動(dòng)。同時(shí)，通過(guò)系統(tǒng)敲降顆粒細(xì)胞特異的轉(zhuǎn)錄因子，發(fā)現(xiàn)FOS調(diào)控多個(gè)特異基因的轉(zhuǎn)錄激活，提示了其在顆粒細(xì)胞形成分化過(guò)程中的關(guān)鍵作用（圖1）。
為更好解析吞噬細(xì)胞激活的調(diào)控機(jī)制，研究者利用磁珠分選法分離了牡蠣的吞噬細(xì)胞；結(jié)合RNA-seq分析顯示，粘附斑信號(hào)通路和細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）在吞噬細(xì)胞中顯著激活，抑制粘附斑激酶信號(hào)顯著地降低了細(xì)胞的吞噬效率。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)大量ECM 分子特異地在吞噬細(xì)胞中分布，其中最顯著的是硫酸肝素蛋白多糖（HSPGs）家族成員；內(nèi)源性阻斷HSPGs合成或干擾其修飾則降低吞噬細(xì)胞的吞噬能力，并改變其形態(tài)和聚集能力。進(jìn)化分析顯示HSPGs基因在基因組中出現(xiàn)了種系特異性擴(kuò)張，表明HSPGs家族是吞噬細(xì)胞的關(guān)鍵表面受體，可識(shí)別病原并和啟動(dòng)吞噬（圖2）。上述研究分別在2020年5月27日及2020年3月20日以“Transcriptomic Evidence Reveals the Molecular Basis for Functional Differentiation of Hemocytes in a Marine Invertebrate, C. gigas”和“Phagocyte Transcriptomic Analysis Reveals Focal Adhesion Kinase (FAK) and Heparan Sulfate Proteoglycans (HSPGs) as Major Regulators in Anti-bacterial Defense of C. hongkongensis”為題發(fā)表在《Frontiers in Immunology》。
自噬是真核細(xì)胞維持環(huán)境內(nèi)穩(wěn)態(tài)的重要調(diào)節(jié)機(jī)制，并在細(xì)胞免疫防御中發(fā)揮著重要的作用。研究者發(fā)現(xiàn)弧菌感染可誘導(dǎo)牡蠣血淋巴自噬的發(fā)生，抑制自噬可導(dǎo)致胞質(zhì)空泡出現(xiàn)，引發(fā)細(xì)胞凋亡并降低殺菌能力。同時(shí)，弧菌感染會(huì)誘導(dǎo)氧化應(yīng)激和能量脅迫的雙重壓力，包括超氧陰離子（O2-）和過(guò)氧化氫（H2O2）等活性氧自由基（ROS）的積累和磷酸腺苷（AMP）的產(chǎn)生。AMP和H2O2不僅能夠單獨(dú)引發(fā)自噬，還能以協(xié)同方式激活自噬關(guān)鍵的信號(hào)通路AMPK。最后，通過(guò)抑制AMPK磷酸化或清除ROS積累，都可以阻斷感染誘導(dǎo)的自噬發(fā)生（圖3）。本研究首次明確了自噬在牡蠣天然免疫的重要作用，并提出了ROS和AMP協(xié)同激活自噬的新機(jī)制。論文于2020年6月3日以“Autophagy Dually Induced by AMP Surplus and Oxidative Stress Enhances Hemocyte Survival and Bactericidal Capacity via AMPK Pathway in C. hongkongensis”為題發(fā)表在《Frontiers in Cell and Developmental Biology》。
上述三篇論文中毛帆助研、研究生林玥和黨欣分別為第一作者，張揚(yáng)和喻子牛研究員為共同通訊作者。上述研究受?chē)?guó)家自然科學(xué)基金、南方海洋科學(xué)與工程廣東省實(shí)驗(yàn)室（廣州）、國(guó)家貝類(lèi)產(chǎn)業(yè)體系、廣州市珠江科技新星、中國(guó)科學(xué)院南海生態(tài)環(huán)境工程創(chuàng)新研究院等項(xiàng)目共同資助。
圖1：血淋巴細(xì)胞分化的分子機(jī)制
圖2：牡蠣吞噬細(xì)胞的分子調(diào)控模型
圖3: AMP和ROS協(xié)同激活自噬發(fā)生
相關(guān)論文鏈接：
1）https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fimmu.2020.00911/full
2）https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fimmu.2020.00416/full
3）https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fcell.2020.00411/full
