2023年4月6日，尹航研究組在外泌體領(lǐng)域旗艦期刊Journal of Extracellular Vesicles上發(fā)表題為“Exosomal lipid PI4P regulates small extracellular vesicle secretion by modulating intraluminal vesicle formation”的文章，報道了一項新的PI4P在調(diào)控EV生成的分子機制，并且為EVs調(diào)控天然免疫TLR4信號調(diào)控提供新證據(jù)，為新的EV調(diào)控與TLR4天然免疫信號調(diào)控提供潛在靶點（圖1）。
圖1 LPS-TLR4 信號通路調(diào)節(jié) EVs 釋放的分子機制模式圖
研究背景
細胞外囊泡（Extracellular Vesicles，EVs）是細胞分泌的磷脂雙分子層膜包裹而成的小泡（圖1），它不僅是細胞排出垃圾的方式，更在細胞間信號傳遞中發(fā)揮重要功能(1)。Toll樣受體（Toll-like receptor, TLR）是天然免疫與適應(yīng)性免疫之間最重要的橋梁之一，嚴(yán)格的信號傳導(dǎo)和時空調(diào)控為免疫系統(tǒng)的有序運行提供保障，可有效避免膿毒癥等天然免疫疾病的發(fā)生(2)。然而，EVs作為重要的細胞間通訊介質(zhì)，在TLRs信號傳遞過程中的功能報道尚少，同時TLRs激活是否會調(diào)控EVs的生成與釋放尚無充分證據(jù)。
研究結(jié)果
該研究發(fā)現(xiàn)，在TLR4激活條件下，巨噬細胞內(nèi)EVs釋放速率隨TLR4的配體革蘭氏陰性細菌外部細胞壁的一種主要糖脂組分——脂多糖（Lipopolysaccharide，LPS）刺激時間先升高后降低，表現(xiàn)出明顯的時間規(guī)律。通過與清華大學(xué)化學(xué)系瑕瑜課題組合作，成功實現(xiàn)對EVs中微量磷脂——磷脂酰肌醇的定量檢測，發(fā)現(xiàn)介導(dǎo)囊泡生成的磷脂酰肌醇-4-磷酸（Phosphatidylinositol-4-phosphate，PI4P）與EVs的釋放速率呈顯著正相關(guān)關(guān)系（圖2）。
圖2 LPS刺激調(diào)控EV釋放速率變化及EV中PIP含量
探究分子機制發(fā)現(xiàn)，LPS刺激短時間內(nèi)，TLR4激活產(chǎn)生的I型干擾素可調(diào)控PI4P激酶表達增加多囊泡體（MVB）上PI4P含量，從而招募下游蛋白促進胞內(nèi)囊泡（ILV）生成，從而增加EV釋放速率；LPS刺激時間增長后，PI4P從MVB減少，從而EVs生成與釋放減少。TLR4受體持續(xù)性激活所致的過度免疫反應(yīng)是膿毒血癥的主要誘因，EVs所參與的嚴(yán)格時序調(diào)控將有效避免信號的持續(xù)性激活。
進一步探究EVs釋放與LPS刺激信號的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)TLR4天然免疫信號激活后，巨噬細胞內(nèi)LPS-TLR4下游的TRIF信號通路激活所產(chǎn)生 IFN-β，對PI(4,5)P2激酶PIP5K1C的表達調(diào)控實現(xiàn)，通過改變PI4P的定位調(diào)控EV的生成（圖3）。該結(jié)論在巨噬細胞RAW264.7細胞系和C57BL/6J小鼠原代BMDMs生理模型中均表現(xiàn)出一致的調(diào)控作用。
圖3 LPS-IFN-β信號通路調(diào)控PIP變化及EV前體的生成
研究意義
近年來，由于EV可以實現(xiàn)液體活檢以及載藥透過血腦屏障等優(yōu)勢，該領(lǐng)域的研究持續(xù)升溫。天然免疫中EV調(diào)控的新機制的發(fā)現(xiàn)為疾病的發(fā)病機理提供新解釋，同時EV生成機制的解析也為其標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)提供潛在參考途徑。
參考文獻
1. G. Raposo et al., B lymphocytes secrete antigen-presenting vesicles. The Journal of Experimental Medicine 183, 1161-1172 (1996).
2. V. R. Ramirez-Carrozzi et al., A unifying model for the selective regulation of inducible transcription by CpG islands and nucleosome remodeling. Cell 138, 114-128 (2009).
清華大學(xué)藥學(xué)院尹航教授為本文通訊作者，北京大學(xué)前沿交叉學(xué)科研究院PTN項目2023屆博士生靳學(xué)為本文第一作者，清華大學(xué)瑕瑜教授、張瑩博士、2018級博士生夏天以及駱書辰等對為本課題提供重要幫助。感謝國家自然科學(xué)基金委、國家科技部重點研發(fā)計劃、北京市教委提供的經(jīng)費支持。
原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/jev2.12319
