PLD4功能缺失突变通过TLR7/9-cGAS-STING-IFN通路驱动系统性红斑狼疮发生

本研究首次发现PLD4基因功能缺失突变可导致人类单基因型系统性红斑狼疮（SLE）。研究人员通过全外显子测序在5例SLE患者中鉴定出PLD4隐性突变，证实突变导致其单链核酸外切酶活性丧失，进而过度激活TLR7/9和cGAS-STING通路，引发I型干扰素信号异常活化。动物实验表明JAK抑制剂巴瑞替尼可显著改善Pld4缺陷小鼠的自身免疫表型，为PLD4缺陷相关SLE提供了靶向治疗策略。该研究发表于《Nature》，为SLE的精准诊疗提供了新视角。

　　

在自身免疫疾病的广袤星图中，系统性红斑狼疮（systemic lupus erythematosus, SLE）始终是一颗迷雾重重的行星。这种以多器官受累和自身抗体产生为特征的疾病，其发病机制复杂得像一团纠缠的星云。尽管科学家们已发现30多个SLE致病基因，但仍有大量患者无法用已知基因变异解释。特别值得注意的是，单基因狼疮（monogenic lupus）作为SLE的特殊亚型，为揭示疾病机制提供了珍贵窗口——就像通过观察单颗恒星的运行，能更好理解整个星系的规律。

在细胞内部的微观宇宙中，核酸感知通路扮演着星际防御系统的角色。Toll样受体7和8（TLR7/9）如同精密的光学望远镜，驻扎在内体细胞器中，时刻监测着RNA和DNA的异常信号。一旦发现入侵者或自身核酸异常，便会启动包括I型干扰素（type I interferon, IFN）、核因子κB（nuclear factor kappa B, NF-κB）和丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase, MAPK）在内的防御系统。特别是在浆细胞样树突状细胞（plasmacytoid dendritic cells, pDCs）中，TLR7/9的激活会触发I型干扰素的爆发性释放，进而促进自身抗原呈递和炎症反应；而在B细胞中，这种激活则导致大量针对核酸的自身抗体产生，直接推动SLE的发生发展。

在这个精密调控的系统中，磷脂酶D家族成员4（phospholipase D family member 4, PLD4）如同一位默默无闻的清洁工。这种主要表达于树突状细胞、单核细胞和B细胞的内体溶酶体蛋白，拥有5'核酸外切酶活性，能够降解单链RNA（ssRNA）和单链DNA（ssDNA），从而防止TLR7和TLR9的过度激活。先前在小鼠模型中的研究发现，Pld4基因敲除（knockout, KO）会导致一系列自身免疫表型，包括体重减轻、脾脏肿大、自身抗体增加和免疫复合物沉积。更令人惊讶的是，同时缺失Pld4及其家族成员Pld3的小鼠会在生命早期死亡。尽管在动物模型中PLD4的重要性已被初步揭示，但它在人类疾病中的作用却一直是个未解之谜。

这项发表于《Nature》的研究，由王钦涛、朱洪浩、孙向伟、张长明和马双月作为共同第一作者，刘志红、于晓敏和周青作为通讯作者，带领研究团队解开了这个谜题。他们通过整合多种前沿技术方法，包括全外显子测序（whole-exome sequencing, WES）筛选患者基因变异、体外酶活实验验证突变功能、单细胞RNA测序（single-cell RNA sequencing, scRNA-seq）解析免疫细胞异质性、细胞质谱流式（cytometry by time of flight, CyTOF）深度表征免疫细胞状态、以及基因编辑细胞系和小鼠模型验证机制，构建了从基因到表型的完整证据链。

研究团队首先通过对五例临床表现严重的SLE患者进行全外显子测序，发现所有患者都携带PLD4基因的双等位基因突变。这些患者均表现出肾脏受累（狼疮性肾炎）、血液系统异常（白细胞减少、贫血、血小板减少）和皮肤损害，且抗核抗体（antinuclear antibodies, ANA）阳性并伴有低补体血症。所有突变都位于PLD4的催化结构域，并被预测为有害变异。结构模拟分析表明，这些突变可能通过影响氢键形成或底物结合等方式破坏PLD4的酶活性。

为探究这些突变的功能影响，研究人员在体外表达了野生型和突变型PLD4蛋白。酶活实验结果显示，所有突变体都丧失了降解单链核酸的能力。更重要的是，从患者外周血单核细胞（peripheral blood mononuclear cells, PBMCs）中分离的内源性PLD4同样表现出酶活缺陷。这一发现直接证实了PLD4突变的功能后果。

接下来，研究人员通过转录组分析发现，患者PBMCs中I型干扰素反应、干扰素γ反应和肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor, TNF）信号通路显著富集。流式细胞术检测到信号转导和转录激活因子1（signal transducer and activator of transcription 1, STAT1）磷酸化水平升高，证实I型干扰素通路异常激活。单细胞RNA测序进一步揭示，这种异常激活主要集中在PLD4高表达的细胞类型——树突状细胞和单核细胞中。这些细胞中TLR7、TLR9及其下游信号分子（TRAF6、IRAK1、IRAK4）的表达也显著上调。

机制探索表明，PLD4缺陷导致TLR7/9通路过度激活。患者细胞在基线状态和CpG-DNA刺激后，均表现出STAT2、p65和细胞外信号调节激酶（extracellular signal-regulated kinase, ERK）磷酸化水平升高，提示I型干扰素、NF-κB和MAPK通路同时被激活。值得注意的是，与典型SLE患者不同，PLD4缺陷患者的细胞对TLR刺激表现出超敏反应，这反映了不同的病理机制。

研究还发现了一个有趣的现象：除了TLR7/9通路，cGAS-STING信号也在PLD4缺陷中扮演重要角色。在THP-1 PLD4-KO单克隆细胞系中，STING磷酸化水平升高，且STING抑制剂H-151和C-176能有效抑制I型干扰素通路激活。双敲除PLD4和STING1的实验进一步证实，STING缺失可以挽救PLD4缺陷导致的I型干扰素通路过度激活，但对NF-κB信号只有部分恢复作用。这表明cGAS-STING信号轴在PLD4缺陷导致的免疫紊乱中起着重要作用。

为验证这些发现体内的相关性，研究人员构建了Pld4基因敲除小鼠。这些小鼠表现出与患者相似的自身免疫表型：体重增长缓慢、抗双链DNA（anti-double-stranded-DNA, anti-dsDNA）和抗双链RNA（anti-dsRNA）抗体水平升高、脾脏肿大。肾脏病理分析显示肾小球基底膜增厚，IgG和C3沉积增加。单细胞RNA测序发现，Pld4-/-小鼠肾脏中浸润免疫细胞（巨噬细胞、树突状细胞、T细胞和B细胞）数量增加2-3倍，且I型干扰素通路相关基因在免疫细胞和肾实质细胞中均上调。流式细胞术分析证实，pDC和浆细胞（plasma cells）显著扩增，这与人类患者的发现一致。

通过混合骨髓嵌合体实验，研究人员进一步证明pDC和浆细胞的扩增是细胞内在性的，而T细胞的扩增则是细胞外在性的。这意味着PLD4缺陷直接影响了pDC和浆细胞的发育和功能，而不是通过改变微环境间接起作用。

基于I型干扰素通路显著激活的发现，研究人员测试了JAK抑制剂巴瑞替尼（baricitinib）的治疗效果。令人振奋的是，经过8周治疗，巴瑞替尼显著改善了Pld4-/-小鼠的体重增长、降低了自身抗体水平、减轻了脾脏肿大，并减少了肾脏免疫复合物沉积和炎症基因表达。更重要的是，在患者细胞中，巴瑞替尼处理也能抑制I型干扰素和NF-κB通路相关基因的表达。这为PLD4缺陷相关SLE的治疗提供了直接证据。

本研究首次将PLD4基因缺陷与人类SLE联系起来，并将这种疾病命名为PLD4缺陷 disorder（PLD4 deficiency disorder, PLDD）。它不仅拓展了SLE的遗传谱系，为临床诊断提供了新的分子标记，更重要的是揭示了核酸代谢异常在SLE发病中的核心作用。研究人员提出的"PLD4-TLR7/9-cGAS-STING-IFN"轴为理解SLE的发病机制提供了新框架，而巴瑞替尼的治疗效果则为精准治疗指明了方向。

值得注意的是，PLD4缺陷的表现存在明显的异质性，不同患者疾病严重程度不一。这与PLD4在不同遗传背景下的复杂调控有关。研究表明，在C57BL/6小鼠中，TLR9介导的自身炎症与TLR7和cGAS-STING信号通路协同驱动疾病发生；而在BALB/c背景中，PLD4缺陷导致的自身免疫主要由TLR9驱动。这种背景依赖性效应提示我们，PLD4缺陷可能只是故事的一部分，其他遗传和环境因素共同决定了最终的疾病表型。

从更广阔的视角看，这项研究的意义远不止于SLE。全基因组关联研究（genome-wide association studies, GWAS）已发现PLD4与多种自身免疫病相关，包括系统性硬化症（systemic sclerosis）和类风湿关节炎（rheumatoid arthritis）。考虑到PLD4在免疫系统中的重要作用，PLD4缺陷可能还会表现出其他免疫表型。这些遗传和机制上的见解可能帮助我们更好地理解和治疗更广泛的免疫性疾病。

对临床实践而言，这项研究推动SLE诊疗向精准医学迈进。常规SLE治疗往往缺乏特异性，而基于PLD4筛查的分子分型使得靶向治疗成为可能。特别是对于以关节炎/关节痛和皮肤皮疹为首发症状的患者，早期使用巴瑞替尼可能有效预防不可逆的器官损伤。尽管物种间差异需要临床验证，但PLD4缺陷模型中保守的I型干扰素信号支持了JAK抑制剂的转化应用潜力。未来，PLD4遗传筛查可能成为未确诊SLE患者的常规检测项目，帮助识别那些可能从PLD4靶向治疗中受益的人群。

总之，这项研究如同在SLE的宇宙中发现了一颗新的恒星——PLD4。通过细致描绘这颗恒星的运行轨迹，研究人员不仅为我们展示了单基因狼疮的完整图景，更重要的是照亮了整个SLE星系的理解之路。从基因发现到机制阐明，再到治疗探索，这项研究完美体现了基础向临床转化的科学价值，为自身免疫疾病的精准医疗树立了新的标杆。