光调控生物钟蛋白Per2通过增强中性粒细胞杀菌活性提升日间免疫防御的分子机制

为解决宿主抗菌免疫反应的昼夜节律调控机制问题，Du等利用斑马鱼模型揭示了核心生物钟组分Per2在光周期通过调控中性粒细胞内hmgb1a基因表达，增强活性氧(ROS)产生和细菌清除能力。该研究首次阐明细胞自主性生物钟定时器通过保守的BMAL1/NF-κB顺式调控元件协调抗菌活性，为靶向生物钟治疗感染提供新思路，发表于《Science Immunology》。

　　

在生物体与病原体持续博弈的进化长河中，昼夜节律系统作为古老的"分子计时器"发挥着关键作用。尽管已知免疫反应呈现昼夜波动，中性粒细胞——这支对抗细菌感染的"主力军"——其生物钟调控机制却始终成谜。更令人困惑的是，为何宿主防御能力常在活动期达到高峰？这个现象背后是否存在细胞自主的计时机制？来自中国的研究团队通过创新的斑马鱼模型，揭开了光周期调控中性粒细胞杀菌活性的分子奥秘。

研究团队运用基因编辑构建per2^nz90和cry1a^nz91突变体，结合活体成像、中性粒细胞移植、RNA测序和染色质免疫沉淀等技术。关键实验包括：通过Tg(lyz:nls-cas9)系实现中性粒细胞特异性基因编辑；利用CellROX探针定量细菌吞噬体的ROS产生；采用Volocity软件动态分析中性粒细胞杀菌速率；通过多物种基因组比对鉴定保守的顺式调控元件。

在"Per2 deficiency enhances susceptibility to bacterial infection"部分，研究者发现per2^nz90幼虫在光期感染时存活率降低28.4%，细菌负荷增加，中性粒细胞迁移速度减慢1.6-2.2倍，但巨噬细胞功能未受影响。通过构建Tg(lyz:per2);per2^nz90救援品系，证实Per2可恢复中性粒细胞功能。

"Per2 deficiency impairs neutrophil bacterial killing capacity and ROS production"揭示关键机制：per2^nz90中性粒细胞的杀菌速率下降8.1倍，ROS产生减少8.9倍。通过构建ncf1 crispants证实NADPH氧化酶(NOX)依赖的ROS是杀菌关键效应分子。

"Per2 contributes to neutrophil bactericidal activity in a cell-autonomous manner"通过移植实验证实Per2的细胞自主性功能。将per2^nz90中性粒细胞移植至野生型宿主后，其杀菌缺陷表型依然存在，而野生型细胞在per2^nz90宿主体内功能正常。

"Per2 contributes to neutrophil bactericidal activity by enhancing infection-responsive hmgb1a expression"通过RNA-seq发现hmgb1a是Per2调控的关键效应基因。中性粒细胞特异性敲除hmgb1a使存活率降低18.5%，而构建Tg(lyz:hmgb1a);per2^nz90品系可部分挽救表型。

"Per2 and its interaction partner Cry1a have opposing roles"部分显示，删除Per2的CRY结合域(CBD)使其丧失功能救援能力，而cry1a^nz91突变体表现出与per2过表达类似的增强表型，提示Per2需通过拮抗Cry1a发挥作用。

最后，"hmgb1a contains an infection-responsive and light-regulated CRE"鉴定出包含BMAL1/NF-κB motifs的保守调控元件CNS4。通过精确编辑BMAL1位点证实其控制光周期依赖的hmgb1a表达，突变后中性粒细胞杀菌活性丧失昼夜差异。

这项研究首次描绘出"光-Per2-Cry1a-hmgb1a"调控轴如何通过保守的BMAL1/NF-κB元件增强日间免疫防御。不仅解释了中性粒细胞杀菌活性的昼夜差异现象，更揭示了生物钟蛋白Per2的非经典功能——通过与Cry1a形成"分子刹车"系统来调控免疫效应基因。该发现为临床时间疗法提供新靶点，特别对轮班工作者等生物钟紊乱人群的感染防治具有重要启示。研究建立的斑马鱼中性粒细胞特异性基因编辑体系，为免疫细胞功能研究提供了创新技术平台。