IRE1 x PERK

引言肝损伤是大多数肝病的核心病理过程，但导致肝损伤发生和发展的遗传因素仍不清楚。2024年3月8日，西北农林科技大学吴江维、空军军医大学陶开山及西安交通大学张晓刚共同通讯在Nature Communications发表题为“Deficiency of ASGR1 promotes liver injury by increasing GP73-mediated hepatic endoplasmic reticulum stress”的研究论文，本研究发现去唾液酸糖蛋白受体1 (ASGR1)是一种在肝脏中特异性表达的凝集素，在肝纤维化或肝硬化患者和肝损伤的雄性小鼠中表达下调。在雄性小鼠中，ASGR1缺乏加重了对乙酰氨基酚诱导的急性和CCL4诱导的慢性肝损伤，而其过表达减轻了肝损伤。机制上，ASGR1与内质网应激介质GP73结合并促进其溶酶体降解。ASGR1敲除增加循环GP73水平并促进GP73与BIP的相互作用激活内质网应激，导致肝损伤。在接受致死剂量对乙酰氨基酚的小鼠中，中和GP73不仅减轻了ASGR1缺陷引起的肝损伤，而且提高了生存率。综上所述，这些发现确定了ASGR1是肝损伤易感性的潜在遗传决定因素，并提出将其作为肝损伤治疗的一个治疗靶点。肝损伤以肝细胞损伤、肝脏炎症和纤维化为特征，被认为是全球肝病的最常见原因。肝损伤最终可能发展为严重的疾病，如肝硬化和肝细胞癌（HCC）。尽管人们普遍认为遗传因素在所有类型肝损伤的发病机制中起着至关重要的作用，肝损伤的确切遗传诱发因素仍未得到充分了解。去唾液酸糖蛋白受体1 (ASGR1)是ASGPR的主要亚单位，在哺乳动物中高度保守。它是一种在肝细胞中特异性表达的跨膜蛋白，在维持循环糖蛋白稳态中起着关键作用。通过与末端半乳糖/N-乙酰半乳糖胺结合，ASGR1 介导循环去唾液酸化糖蛋白的内吞作用和溶酶体降解，从而参与多种生物学功能。对冰岛人进行的大规模测序分析显示，ASGR1单倍剂量不足与冠心病(CAD)风险降低相关，这启动了对ASGR1在心血管疾病(CVD)发生中的探索。在之前的工作中，建立了一个ASGR1缺陷的猪模型，以研究ASGR1与CVD之间的潜在因果关系。该模型再现了人类CVD危险因素减少的情况，为了解ASGR1和CVD发病率之间的因果关系提供了重要见解。在本研究过程中，偶然观察到ASGR1缺陷猪在正常饲养条件下的肝损伤，提示肝脏ASGR1表达与肝损伤之间的潜在相关性。据报道，ASGR1缺乏症也会减轻LPS诱导的败血症小鼠的肝损伤。这些结果表明，除了其在心血管疾病中的既定作用外，ASGR1 还与肝损伤有关，需要进一步研究。越来越多的证据表明内质网（ER）应激在肝损伤的发生和发展中起着关键作用。持续的内质网应激会破坏内质网的结构和/或功能，导致细胞死亡和肝损伤。在非应激条件下，内质网应激标志物免疫球蛋白重链结合蛋白（BIP）与IRE-1、PERK和ATF-6三个传感器形成复合物，维持信号转导因子的非激活状态。当受到压力时，BIP 会与这些传感器解离，从而触发未折叠蛋白反应（UPR）。之前的研究表明，ASGR1缺陷猪的肝脏内质网应激升高，暗示 ASGR1缺乏诱导的肝损伤中的内质网应激。考虑ASGR1在循环糖蛋白的内吞作用和降解中的作用，以及特定糖蛋白对内质网应激的贡献，ASGR1缺乏可能会破坏某些循环糖蛋白的平衡，导致内质网应激和肝损伤。模式图（Credit: Nature Communications）为了探索ASGR1在肝损伤中的作用，该研究生成了一个ASGR1缺陷小鼠模型，并评估了这些小鼠在基础条件下的表型，APAP诱导的急性肝损伤和CCl4诱导的慢性肝损伤。结果表明，ASGR1缺乏在基础条件下诱导小鼠自发性肝损伤，并加重APAP诱导的急性和CCl4诱导的慢性肝损伤。相反，AAV8介导的肝脏Asgr1过表达可防止急性和慢性肝损伤。在机制上，研究发现ASGR1与内质网应激介质GP73相互作用并促进其溶酶体降解。因此，ASGR1 缺乏会导致 GP73 的循环水平升高。GP73的中和不仅减轻ASGR1缺陷小鼠的急性和慢性肝损伤，而且还提高了接受致死剂量APAP的小鼠的存活率。此外，研究发现，在肝硬化患者中，ASGR1表达降低的患者表现出血清 GP73 水平升高和肝内质网应激升高。研究结果表明，ASGR1缺乏会加剧肝损伤，并且 ASGR1-GP73 轴成为肝损伤的潜在治疗靶点。研究结果揭示了 ASGR1 是肝损伤的潜在遗传易感性的候选者，特别关注与 ASGR1 抑制作为预防和治疗 CAD 的治疗策略相关的潜在风险。原文链接https://doi.org/10.1038/s41467-024-46135-9责编|探索君排版|探索君文章来源|“iNature”End往期精选围观一文读透细胞死亡(Cell Death) | 24年Cell重磅综述（长文收藏版）热文Nature | 破除传统：为何我们需要重新思考肿瘤的命名方式热文Nature | 2024年值得关注的七项技术热文Nature | 自身免疫性疾病能被治愈吗？科学家们终于看到了希望热文CRISPR技术进化史 | 24年Cell综述

2023年11月3日，西湖大学马仙珏团队在 Cell Reports 杂志在线发表题为“Differential Ire1 determines loser cell fate in tumor-suppressive cell competition” 的研究论文。研究发现，未折叠蛋白反应感应器-肌醇需求酶1 (Inositol-requiring enzyme 1, Ire1) 在肿瘤抑制性细胞竞争中决定了细胞的命运，并且不同水平的Ire1依赖机制也有所不同。该杂志还于同期发表了“Q&A with Xianjue Ma” 的文章，介绍了马仙珏的科研方向和职业生涯，并突出介绍了团队的此项工作。文章截图：文章链接：https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(23)01315-3Q&A链接：https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(23)01379-7适者生存讲的是不同生物个体之间的竞争，而同一个体的不同细胞间也同样存在着竞争，这种通过持续监测细胞适应性状况并清除适应性较低细胞的过程叫做“细胞竞争” (cell competition, CC)。被清除的细胞通常定义为失败者“Loser”, 存活下来的细胞则定义为优胜者“Winner”。在癌症起始及进展过程中，并不是所有携带致癌性突变的细胞都会最终形成恶性肿瘤，相反地，很多致癌细胞会被周围野生型细胞通过竞争机制所清除，这个过程叫做肿瘤抑制性细胞竞争。肿瘤细胞在增殖过程中对蛋白质合成的巨大需求远超出内质网 (endoplasmic reticulum, ER)的加工和折叠能力，这就导致了内质网应激 (ER stress) 并随后激活未折叠蛋白质反应 (unfolded protein response, UPR), 以便缓解应激从而维持细胞稳态。UPR包括三个信号分支：Ire1/Xbp1s、Perk/Atf4和Atf6 (图1)，其中Ire1在进化上最为保守，是人类癌症中五种突变率最高的激酶之一。研究表明Ire1对肿瘤发生有双重调控作用，既能抑制也能促进肿瘤发生，但值得注意的是这些研究多数依赖于体外培养细胞和移植肿瘤模型，而忽略了肿瘤所处环境中周围细胞的潜在作用和影响。因此，需要建立一个精细的体内遗传模型来系统性地解析UPR在调控肿瘤起始中的功能。图1. UPR通路不同分支概览为了更好地探究体内UPR对细胞竞争的调控作用，西湖大学生命科学学院马仙珏团队以黑腹果蝇为模式生物，利用scribble (scrib) 这一细胞极性基因缺失诱导的肿瘤抑制性细胞竞争模型，揭示了UPR感受器Ire1在调控细胞竞争过程中所发挥的重要作用。团队首先利用果蝇遗传学技术 (MARCM)在幼虫眼成虫盘中诱导GFP阳性的scrib纯合突变克隆 “loser”，以及GFP阴性的野生型细胞 (wild type, WT) “winner” (图2A)。通过检测UPR不同分支的激活水平，发现scrib-/-细胞内只有Ire1/Xbp1s分支高度激活 (图2B-C)。令人意外的是，团队发现在scrib-/-细胞内无论抑制还是激活Ire1/Xbp1s分支都能促进scrib-/-细胞的清除(图2D)。随后通过一系列体内遗传学实验，团队证明Ire1缺失通过诱导细胞凋亡促进scrib-/-细胞的清除；而当Ire1异常激活时则通过诱导JNK依赖的自噬清除scrib-/-细胞。图2. Ire1/Xbp1通路失调促进loser细胞清除既然loser细胞会因Ire1活性的改变使其被清除，那么干扰winner细胞中Ire1表达是否也能影响其清除loser的能力？团队在诱导产生GFP阴性的scrib突变克隆的同时, 在其周围GFP阳性WT细胞中敲低或过表达Ire1/Xbp1s, 发现均可显著抑制scrib克隆的清除, 提高loser细胞的适应性(图3A-B), 提示可能Ire1在不同细胞中的差异表达是决定细胞适应性的关键。进一步团队利用果蝇的优势, 诱导了更为复杂的体内遗传模型：在loser细胞内敲低Ire1的同时在周围winner细胞中突变Ire1, 以改变竞争双方细胞内Ire1的表达差异(图3C), 结果显示当细胞间的Ire1差异缩小时可显著促进loser细胞克隆的存活(图3D), 表明Ire1在不同细胞中的差异表达决定了肿瘤抑制细胞竞争过程中loser细胞的命运。图3. 细胞间Ire1的异质性决定loser细胞命运最后，为了探究Ire1在哺乳动物中是否也调控细胞竞争，团队利用犬肾细胞 (Madin-Darby canine kidney, MDCK) 建立了E-钙粘蛋白 (E-cadherin, E-cad) 过表达诱导的细胞竞争模型。在周围存在野生型细胞时，过表达E-cad的细胞适应性较差，会变成loser；如果在过表达E-cad的同时敲低ERN1 (Ire1同源物)，则能显著提高loser细胞的生存能力。综上，团队利用果蝇scrib缺失诱导的肿瘤抑制性细胞竞争模型，揭示了Ire1调控细胞竞争的机制：Ire1的缺失通过促进loser细胞的凋亡来清除它们；而Ire1的激活更倾向于通过自噬依赖的方式清除loser细胞。此外，团队还发现Irel/ERN1在哺乳动物细胞竞争中同样重要，但其具体调控机制还需要进一步探究。原文链接：https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(23)01315-3本文仅用于学术分享，转载请注明出处。若有侵权，请联系微信：bioonSir 删除或修改！