STTT 重磅!沈阳农业大学陈启军团队4D磷酸化修饰组揭示双氢青蒿素调节免疫细胞异质性新机制

2022-07-17 11:21:18, 景杰生物 杭州景杰生物科技股份有限公司


景杰生物 | 报道   


双氢青蒿素 (DHA) 是青蒿素 (ART) 的衍生物,具有比ART更稳定的抗疟疾作用,被广泛用于疟疾的临床治疗。因发现 ART 而获得诺贝尔奖的屠呦呦院士提出,DHA 也可用于治疗其他疾病,包括狼疮肾炎和红斑狼疮。越来越多的证据表明,DHA 除了具有抗寄生虫功效外,还具有重要的免疫调节特性。而目前DHA调节宿主免疫系统的确切机制尚不清楚。


沈阳农业大学陈启军教授团队在之前的研究中发现,DHA可导致小鼠脾脏免疫细胞重排,在此基础上构建了第一个DHA调节脾脏免疫细胞亚群的细胞转录图谱,同时发现并验证了DHA对体液和细胞免疫具有不同的作用。之后的研究中,研究团队进一步揭示了DHA通过调节SOD3-JNK-AP-1信号通路调控机体免疫系统的机制[1]


2022年7月11日,陈启军教授团队在Signal Transduction and Targeted Therapy (IF=38.1027) 发表了题为“Dihydroartemisinin regulates immune cell heterogeneity by triggering a cascade reaction of CDK and MAPK phosphorylation” 的连续性成果,研究运用4D蛋白组及磷酸化修饰组学技术,揭示了DHA通过诱导 MAPK-AP-1 信号通路中关键蛋白的磷酸化,增强宿主对疟疾感染的免疫力的新机制,这为DHA的免疫调节机制提供了强有力的新证据。景杰生物为该研究提供了4D蛋白质组及磷酸化修饰组学分析技术支持。



1蛋白组分析揭示DHA影响脾细胞增殖的关键蛋白


研究团队首先通过体内实验发现DHA处理组相比对照组脾脏长度显著增加,进一步对DHA和CMC (羧甲基纤维素溶剂对照) 处理组之间的脾细胞进行了定量蛋白质组学分析,共量化了4143种蛋白质,包括392种差异表达蛋白。其中细胞增殖标志物Ki67在DHA处理组中最为显著上调,而蛋白酶敏感性胰脂肪酶 (pnlip) 则最为显著下调。KOG注释显示,具有翻译、核糖体结构和生物发生、翻译后修饰、蛋白质周转等途径功能的蛋白质显著上调,KEGG 和 GSEA 注释显示,参与核糖体、DNA 复制和细胞周期途径的蛋白质被上调。


研究进一步分析了关键细胞周期调节因子的表达水平,以了解DHA诱导脾细胞增殖的机制。结果显示DHA处理后,Ki67、增殖细胞核抗原(PCNA)、MCM 家族 (MCM2、MCM3、MCM7)、CDK1和 CDK2等蛋白表达显著上调。除此之外,超过 33%的DEP作为核糖核蛋白复合物的成分被富集。以上结果表明DHA可能参与细胞周期信号通路的激活,因为细胞周期的加速与核糖体合成需求的增加呈正相关


图1  定量蛋白质组学揭示DHA促进的细胞周期相关蛋白的激活


2. DHA处理提高了脾T细胞亚群中Ki67的表达


由于定量蛋白质组学分析中确定了增殖性细胞周期标记物Ki67在DHA处理表达上调最为显著,研究团队进一步运用分子学实验研究了Ki67蛋白在DHA处理或处理的小鼠脾免疫细胞的不同亚群中的表达。结果显示DHA处理提高了脾CD4+ T细胞亚群中 Ki67 的表达

图2 DHA处理提高了脾T细胞亚群中Ki67的表达

3. DHA对细胞周期相关蛋白表达的调控机制


为了阐明DHA对细胞周期相关蛋白表达的调控机制,进行了4D磷酸化蛋白质组学分析,结果发现CDK和MAPK是导致DHA诱导的细胞周期相关蛋白差异磷酸化的关键激酶,这说明DHA通过细胞周期相关蛋白的磷酸化触发MAPK或CDK信号通路。除此之外,研究揭示了DHA通过促进MAPK的磷酸化和脾中c-Fos的活化,上调细胞增殖相关蛋白的表达,包括CDK1、CDK2、Ssb、PCNA、MCMs,进而增强脾细胞增殖。

陈启军教授团队在先前的研究中发现,疟原虫可以通过促进Tim-3的表达来诱导T细胞衰竭。该研究中进一步发现,DHA治疗显着恢复了环磷酰胺(CTX)诱导的脾指数降低,同时使用DHA进行间歇预防治疗 (IPT) 的疟原虫感染小鼠与间歇治疗 (IT) 相比,Tim-3的表达显著下调,IPT组表现出磷酸化p38的显著上调。这些结果表明,DHA 除了有效的杀寄生虫作用外,还可以通过增强 T 细胞活化和对寄生虫感染的细胞免疫,间接减轻疟疾感染并恢复 CTX 诱导的免疫抑制,这可能为未来探索CTX联合DHA作为全身性自身免疫性疾病的治疗剂提供基础。

图3 DHA介导的p38 MAPK通路和c-Fos复合物调节机制

综上所述,该研究利用高通量4D蛋白质组学技术结合磷酸化修饰组学技术,揭示了DHA通过诱导MAPK-AP-1信号通路中关键蛋白 (MAPK、CDK)磷酸化来促进脾免疫细胞的增殖的分子机制,为DHA的免疫调节机制提供了强有力的证据,也为未来探索DHA作为全身性自身免疫性疾病的治疗剂提供了理论基础。


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考文献
1. Yiwei Zhang, et al. 2022. Dihydroartemisinin beneficially regulates splenic immune cell heterogeneity through the SOD3-JNK-AP-1 axis. Sci China Life Sci.
2. Qilong Li, et al. 2022. Dihydroartemisinin regulates immune cell heterogeneity by triggering a cascade reaction of CDK and MAPK phosphorylation. Signal Transduction and Targeted Therapy.
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