溶酶体核酸降解机制：先天免疫调控的关键枢纽与疾病关联

《Nucleic Acids Research》：The lysosomal catabolism of nucleic acids—critical regulators of the innate immune system

本刊推荐一篇关于溶酶体核酸代谢与先天免疫调控的深度综述。为解决溶酶体核酸降解通路不明确及其与免疫疾病关联机制不清的问题，研究人员系统梳理了DNA/RNA的溶酶体摄取途径、关键降解酶（如DNase II、RNase T2、PLD3/4）、产物转运机制及其对TLR（Toll样受体）信号通路的调控作用，揭示了核酸降解缺陷如何导致自身免疫性疾病（如系统性红斑狼疮、白细胞脑病）和干扰素病变，为理解相关疾病病理及开发免疫调节疗法提供了重要理论依据。

　　

在细胞这座精密的生命工厂中，溶酶体如同高效的回收处理中心，负责将各种生物大分子分解并回收利用。其中，核酸（DNA和RNA）的降解与循环尤为重要，它不仅关乎细胞的营养供给和能量平衡，更与机体的先天免疫防御系统紧密相连。然而，长久以来，科学家们对核酸在溶酶体中被“拆解”的具体步骤、关键的执行者（酶和蛋白）以及这个过程一旦出错会引发何种后果，仍知之甚少。尤其值得注意的是，内体/溶酶体是细胞内感知病原体相关分子模式（PAMPs）的重要场所，特别是其中的Toll样受体（TLR），它们能特异性地识别DNA和RNA作为配体。这意味着，核酸的快速且受控的降解，对于平衡机体对抗病原体的免疫反应和防止自身免疫至关重要。任何降解环节的故障，都可能导致核酸的异常积累，进而过度激活免疫系统，引发一系列疾病。

为了深入揭示这一复杂调控网络，研究人员对溶酶体核酸代谢的现有知识进行了系统性的梳理和批判性的总结。这项研究并非依赖于特定的实验技术方法，而是一篇基于大量已有研究的综述性文章。它整合了来自基因敲除模型（如小鼠、斑马鱼）、生化酶学分析、蛋白质组学、细胞生物学研究（如免疫荧光定位、功能缺失/获得性实验）以及人类遗传学病例分析等多方面的证据，旨在构建一个完整的溶酶体核酸“从进入到分解再到输出”的代谢图谱，并阐明其与TLR等先天免疫感受器信号通路的相互依存关系。相关成果发表在《Nucleic Acids Research》上，为全面理解溶酶体功能及其在免疫稳态中的作用提供了重要视角。

核酸向溶酶体的递送机制

核酸通过多种途径进入溶酶体腔室。外源性核酸来源于病原体（如细菌、病毒）、凋亡细胞碎片或细胞游离DNA/RNA，它们主要被免疫细胞通过吞噬作用摄入，形成吞噬溶酶体。内源性核酸则主要通过自噬过程进入溶酶体，包括线粒体自噬（mitophagy）降解线粒体及其核酸、核自噬（nucleophagy）部分降解细胞核、核糖体自噬（ribophagy）在应激条件下降解核糖体RNA（rRNA）以及非选择性细胞质自噬。此外，研究还描述了一种名为DNautophagy或RNautophagy的直接摄取机制，涉及LAMP2C和SIDT2蛋白，但SIDT2作为核酸跨膜转运蛋白的角色存在争议，最新结构研究表明SIDT家族成员可能更倾向于作为受体介导核酸的内吞，而非形成转运通道。

溶酶体DNA的修饰与降解

DNA的降解始于DNase II，这是一种内切核酸酶，可在酸性环境下切割双链DNA（dsDNA），产生带有3‘-磷酸末端的较短DNA片段。哺乳动物有DNASE2和DNASE2B两个旁系同源基因，后者表达具有组织特异性。DNase II功能缺失在小鼠和人类中均会导致严重的自身免疫和炎症表型，如贫血、关节炎和I型干扰素病，这主要与未降解的DNA积累并激活胞质cGAS-STING通路有关。随后，单链DNA（ssDNA）片段被磷脂酶D3（PLD3）和磷脂酶D4（PLD4）进一步外切降解为3’-单磷酸脱氧核苷酸（dNMPs）。PLD3和PLD4是5‘-3’外切核酸酶，也作用于RNA，它们的双敲除小鼠会因TLR7/9和cGAS-STING通路的过度激活而致死。此外，腺苷脱氨酶2（ADA2）能在dsDNA链中将脱氧腺苷转化为脱氧肌苷，产生类似CpG基序的CpI基序，可能影响TLR9的识别。ADA2缺陷在人类中引起自身炎症性疾病。

溶酶体RNA的降解

RNA降解的关键酶是RNase T2，它是一种内切核糖核酸酶，偏好切割嘌呤和尿苷之间的磷酸二酯键，产生2‘,3’-环磷酸中间体。RNase T2缺陷会导致儿童期发病的囊性白质脑病，并在小鼠模型中引起TLR13（啮齿类）或TLR3/7依赖的神经炎症。此外，RNase A家族成员，如RNase 2和RNase 6，也被发现存在于溶酶体中，它们偏好切割嘧啶核苷酸后的键，与RNase T2协同作用，将长链RNA降解为能被TLR7/8识别的小片段寡核苷酸和单核苷酸（如尿苷）。这些较短的RNA片段最终也被PLD3和PLD4外切降解为3‘-单磷酸核苷酸。RNase 2和RNase 6还具有直接的抗病毒和抗菌活性。

核苷酸的脱磷酸化及降解终产物的输出

核酸酶降解产生的3‘-单磷酸核苷酸需要被溶酶体酸性磷酸酶去磷酸化才能输出。溶酶体中已知的酸性磷酸酶包括由ACP2编码的“溶酶体酸性磷酸酶”和由ACP5编码的“抗酒石酸酸性磷酸酶”（TRAP）。ACP5基因的双等位基因功能丧失突变会导致人类出现伴免疫失调的脊椎骨骺发育不良（SPENCD），表现为I型干扰素特征和自身免疫现象，但其免疫表型的机制细节尚不完全清楚。去磷酸化后产生的核苷（如腺苷、鸟苷）是TLR8的潜在配体，通过平衡核苷转运体3（ENT3，由SLC29A3编码）运出溶酶体。ENT3缺陷会导致核苷在溶酶体中积累，过度激活TLR7/8，引起组织细胞增生症。无机磷酸盐的转运则由一个尚未鉴定基因的功能性磷酸盐转运蛋白负责。

内溶酶体核酸降解作为先天免疫应答受体的关键调节因子

内溶酶体系统中的TLR是感知核酸及其降解产物的关键模式识别受体。TLR3识别长双链RNA（≥40 bp），其活化可能因RNase T2缺陷导致的长dsRNA积累而增强。TLR7和TLR8识别短单链RNA、特定寡核苷酸和单核苷酸（如TLR8感知尿苷，TLR7感知鸟苷类似物如2‘,3’-cGMP），这些配体由RNase T2、RNase 2/6以及PLD3/4协同降解产生。TLR9识别含未甲基化CpG基序的短单链DNA，由DNase II和PLD3/4加工生成。TLR13（存在于啮齿类）识别细菌23S rRNA特定序列，其活化受RNase T2降解的限制。溶酶体核酸降解缺陷导致核酸积累，不仅过度激活内溶酶体TLR，还可能引起核酸泄漏至胞质，激活cGAS-STING通路和AIM2炎性体，共同加剧炎症反应。STING还与溶酶体膜蛋白NPC1相互作用，提示溶酶体功能与胞质核酸感知存在直接联系。

结论与展望

综上所述，溶酶体核酸降解是一个高度有序、多酶参与的过程，其效率直接决定了内溶酶体先天免疫受体（主要是TLR家族）的活化水平，从而在抵御病原体和维持自身免疫耐受中扮演着核心角色。降解通路中关键酶（如DNase II、RNase T2、PLD3/4、酸性磷酸酶、ENT3）的功能丧失，无论是源于遗传缺陷还是其他因素，都会破坏这一精细平衡，导致核酸传感通路（包括内溶酶体TLR和胞质cGAS-STING等）的异常激活，进而引发一系列自身免疫和自身炎症性疾病。尽管近年来取得了显著进展，但该领域仍存在许多悬而未决的问题，例如核酸跨溶酶体膜转运的确切机制、不同核苷酸酶和磷酸二酯酶的详细底物特异性及其调控、以及降解中间产物在免疫信号微调中的具体作用等。对这些机制的深入理解，不仅有助于阐明相关疾病的发病机理，也将为开发基于调控核酸降解的免疫疗法（如增强抗肿瘤免疫或抑制自身免疫）提供新的靶点和思路。此外，对溶酶体核酸代谢通路的认识对于优化寡核苷酸类药物（如反义寡核苷酸、mRNA疫苗）的细胞内递送和稳定性也具有重要的指导意义。未来的研究需要整合结构生物学、化学生物学、免疫学和疾病模型等多种手段，以最终完全揭示溶酶体降解与免疫之间这一复杂而关键的相互作用。