清华大学药学院尹航教授课题组撰文报道了Toll样受体9配体寡聚核苷酸(ODN)刺激巨噬细胞所分泌的EVs能够转移并激活受体细胞中的Cdc42蛋白,以此增强了受体细胞摄取EVs的能力。本研究以“Extracellular vesicles derived from ODN-stimulated macrophages transfer and activate Cdc42 in recipient cells and thereby increase cellular permissiveness to EV uptake”为题,于2019年7月24日在线发表于《Science Advances》杂志。该工作首次揭示了免疫细胞在Toll样受体激活条件下传递免疫信号的分子机制,填补了EVs摄取过程中分子调节机制的空白。细胞外囊泡(extracellular vesicles, EVs)是一种脂质双分子膜包裹的膜性囊泡,可以由绝大多数类型的细胞分泌。EVs可以包装蛋白质、核酸以及脂类分子,并将分子货物转移到受体细胞,由此,EV在细胞间通讯起到关键的信使作用。Toll样受体(toll-like receptors, TLRs)是天然免疫中一类重要的模式识别受体,负责识别病原相关分子模式(pathogen-associated molecular patterns, PAMPs)以及损伤相关分子模式(danger-associated molecular patterns, DAMPs),从而激活下游的免疫反应。已有报道揭示,EVs能够传递TLR4的配体LPS进入进入细胞,并激活胞内的caspase信号通路。然而,鲜有报道关注其中广泛的分子机制与涉及到的分子机器。


研究者通过荧光共聚焦成像、荧光超分辨成像等技术手段,首先证明了ODN刺激供体细胞释放的EVs带有ODN分子,而这些ODN-EV在被受体细胞摄取后,会与受体细胞的TLR9作用,由此说明了细胞在受到ODN刺激后,能够以EVs的方式传递ODN到受体细胞,并结合受体细胞的TLR9。另一方面,通过Cre-LoxP报告系统,结合共聚焦荧光成像,研究者发现ODN的刺激供体细胞产生的EVs能够更容易地被受体细胞摄取。为了探寻ODN增强受体细胞摄取EV能力的分子机制,研究者针对对照组EVs (CTRL-EV)与免疫刺激后产生的EVs (ODN-EV)进行了蛋白质组学的分析,最终锁定了Cdc42蛋白。通过对cdc42的基因沉默以及蛋白的过表达实验,研究者确认了EVs中携带Cdc42蛋白,并能够刺激受体细胞中Cdc42蛋白的表达,以此增强受体细胞摄取EVs的能力。最后,研究者通过ELISA以及荧光共聚焦成像等手段,证明了ODN-EV能够刺激受体细胞释放炎症因子TNF-α,进一步激活受体细胞中的Cdc42蛋白,最后刺激细胞产生伪足,从而阐述了ODN刺激供体细胞,并将炎症信号传递至受体细胞的分子机制。本文阐述的整体机制如下图所示:

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中国研究型医院学会副会长、中国细胞外囊泡研究与应用专业委员会主任委员、南方医科大学珠江医院院长王前教授评价说:“这项细胞外囊泡领域创新研究工作,为细胞间天然免疫信号转导机制的阐释指明了新方向,并且为进一步开发针对免疫疾病诊疗新方案提供了思路。”


国际外泌体协会学术部主任、美国约翰霍普金斯大学医学院Kenneth W. Witwer教授评价该工作时称:”In research just published in the journal Science Advances, Ying Zhang and colleagues of Hang Yin's group at Tsinghua University uncovered important new facts about how this early warning system sounds the alert about infection. This work may have important implications for infectious disease therapies and also sets the stage for learning more about the specific molecules responsible for extracellular vesicle communication. 发表在《Science Advances》杂志上的最新研究中,来自清华大学尹航教授课题组的张莹及同事报道了关于早期预警系统如何感知到感染信号这一重要现象。这项工作可能对机体感染相关的疾病治疗研究有重要启示,也为细胞外囊泡通讯的特定分子机制研究奠定了基础。”


该文章第一作者为清华大学药学院助理研究员张莹,通讯作者为清华大学药学院尹航教授。该项研究得到国家自然科学基金委以及科技部

重点研发计划项目的资金支持。


原文链接:https://advances.sciencemag.org/content/5/7/eaav1564