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为探究细菌与真核生物免疫蛋白的保守性,研究人员发现 SIRims 蛋白家族。人类成员 SIRal 通过 Toll 样受体(TLR)通路激活先天免疫,上调 ISGs 和促炎细胞因子,抑制 HSV-1 与细菌复制。该发现拓展了跨物种免疫保守研究,为免疫治疗提供新方向。
生物体普遍面临病原体的进化压力,这推动了免疫机制的多样化。免疫学研究多聚焦物种特异性防御,而近年发现的数百种细菌免疫系统揭示了细菌与真核生物免疫蛋白间惊人的同源联系,如 cGAS-STING、viperins 和 gasdermins,它们是人类先天免疫通路的关键成员,但生命树中免疫保守的程度仍不明确。
多项研究显示,部分细菌蛋白通过沉默信息调节因子 2(silent information regulator 2, SIR2)结构域发挥抗噬菌体防御作用,这些防御系统通过降解细胞代谢物氧化型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(oxidized form of nicotinamide adenine dinucleotide, NAD+)导致细胞死亡,从而赋予细菌群体免疫力。研究人员推测,SIR2 结构域这种新发现的免疫功能可能在真核生物中保守存在。
通过系统搜索细菌、古菌和真核生物基因组中含 SIR2 结构域的蛋白,研究人员鉴定出细菌 SIR2 抗噬菌体蛋白的真核同源物。系统发育分析表明,生命树中含 SIR2 结构域的蛋白可分为两个不同亚家族:一个包含所有参与管家功能的同源物(去乙酰化酶,sirtuins);另一个被命名为 SIRims,包含所有已知的细菌免疫蛋白和未表征的真核蛋白。
研究人员推测 SIRims 亚家族代表一类专门执行免疫功能的谱系,真核 SIRims 可能是未知的免疫蛋白。为验证这一假设,他们聚焦于脊椎动物(包括人类)中的 SIRims 同源物 FAM118B(后更名为 SIRal),该蛋白功能记录极少且无已知免疫作用。人类先天免疫作为抵御病原体的第一道防线,依赖特定受体对感染的检测,包括 Toll 样受体(Toll-like receptors, TLRs),这些受体可触发抗病原体的炎症反应。利用小鼠和人类细胞模型,研究证实 SIRal 在 TLR 通路的先天免疫激活中起关键作用:它介导干扰素刺激基因(interferon-stimulated genes, ISGs)和促炎细胞因子的上调,并限制巨噬细胞中单纯疱疹病毒 1 型(herpes simplex virus 1, HSV-1)和细菌病原体沙门氏菌(Salmonella enterica)的复制。
鉴于 SIRal 在哺乳动物先天免疫中的作用,研究人员探究了其他真核 SIRims 是否也参与免疫。SIRims 蛋白分布广泛,存在于 19% 的可用真核生物基因组和转录组中。聚焦斑马鱼同源物,研究显示 zSIRal 在体内对迟缓爱德华氏菌(Edwardsiella tarda)感染的免疫应答中发挥作用。最后,研究评估了酶促 NAD 酶活性的保守性,发现与细菌 SIRims 类似,不同进化枝的真核 SIRims(包括人类 SIRal)在体外可利用 NAD+。
该研究鉴定出 SIRims 这一先前未表征、跨生命域保守的免疫蛋白家族。作为 “ancestral immunity”(定义为在细菌和真核生物免疫中均发挥作用的保守蛋白结构域)新兴框架的一部分,SIRims 拓展了已知的 ancestral 免疫结构域库。在脊椎动物 SIRims 中,研究人员发现 SIRal 是 TLR 驱动的炎症反应和抗病原体防御的关键蛋白。这项研究表明,将免疫研究从物种中心主义转向蛋白中心主义,有助于揭示未知的生物学机制,为非模式真核生物的免疫组织研究以及人类潜在免疫治疗靶点的发现提供了助力。