PLoSPathog：抗病毒天然免疫信號通路中TBK1的活化機制

　　天然免疫是宿主抵抗病原入侵的第一道防線。在抗病毒天然免疫反應中，機體通過RLR-MAVS和cGAS-STING信號通路分別感受RNA病毒和DNA病毒的入侵并通過活化轉錄因子IRF3和NFκB，啟動包含I型干擾素（IFN）在內的眾多抗病毒細胞因子的產生……

　　國際著名免疫學術期刊PLOS Pathogens和The Journal of Immunology分別在線發表了北京大學生命科學學院蔣爭凡研究組在抗病毒天然免疫領域的最新研究成果——“MAVS activates TBK1 and IKKε through TRAFs in NEMO dependent and independent manner”及“NEMO–IKKβ Are Essential for IRF3 and NF-κB Activation in the cGAS–STING Pathway”。

　　天然免疫是宿主抵抗病原入侵的第一道防線。在抗病毒天然免疫反應中，機體通過RLR-MAVS和cGAS-STING信號通路分別感受RNA病毒和DNA病毒的入侵并通過活化轉錄因子IRF3和NFκB，啟動包含I型干擾素（IFN）在內的眾多抗病毒細胞因子的產生1。已有的遺傳學數據表明，激酶TBK1/IKKε和IKKα/β分別在活化IRF3和NFκB的過程中發揮不可替代的作用2,3。但是，關于這些激酶如何被活化并不十分清楚。

　　蔣爭凡課題組首先從RLR-MAVS信號通路著手，通過一系列基因敲除研究發現E3泛素連接酶TRAF蛋白在此通路中至關重要：缺失TRAF蛋白的細胞完全喪失對RNA病毒的反應。有意思的是，回復實驗表明TRAF2/3/5/6中任意一個成員都能不同程度回復對病毒的反應，提示不同TRAF蛋白在機體應對RNA病毒的免疫反應中分別起不同作用。進一步的機制研究表明，TRAF蛋白與TBK1/IKKε形成復合體，通過與MAVS蛋白中的TRAF結合序列招募TBK1/IKKε到MAVS，進而促進激酶的自磷酸化及激活。同時，IKKα/β的活化也完全依賴于TRAF蛋白，后者合成的泛素鏈被NEMO識別并誘導IKKα/β活化，活化的IKKα/β可以直接磷酸化TBK1/IKKε，促進激酶的完全激活。非常有趣的是，研究還發現沒有NFκB/NEMO活化的情況下，細胞仍產生少量的I-型干擾素4。

　　有趣的是，這種IKKα/β和TBK1/IKKε相互活化的機制同樣存在于由DNA病毒感染而激活的cGAS-STING通路中。課題組意外地發現低濃度的血清培養可以強烈促進細胞對DNA病毒的反應。尤為重要的是，血清饑餓使以往對細胞質DNA沒有反應的細胞株，如HeLa細胞對DNA或者DNA病毒產生很強的反應。以此為基礎，課題組對NFκB活化在cGAS-STING通路中的作用展開了系統研究，并發現NEMO或者NFκB的缺失/失活使細胞對DNA病毒的反應急劇降低。進一步的機制研究發現，NEMO-IKKα/β復合體也是通過結合泛素鏈而被活化。為了尋找這個通路中合成這些泛素鏈的E3泛素連接酶，他們對可能的E3泛素連接酶進行了組合敲除篩選，最終發現只有當同時缺失E3泛素化連接酶TRIM32和TRIM56后，細胞完全喪失對DNA病毒的反應，表現為病毒誘導細胞的泛素鏈合成及IKKα/β活化消失，證明STING通過TRIM32和TRIM56合成泛素鏈來活化NEMO-IKKα/β，進而促進TBK1/IKKε的活化。該工作也首次從遺傳學角度闡明IKKα/β-NFκB在cGAS-STING通路中的重要作用5。

　　越來越多的研究表明，RLR-MAVS和cGAS-STING通路不但在抗病毒天然免疫反應中發揮重要的作用，在腫瘤的發生、遷移及免疫治療方面也非常重要。傳統的研究認為IKKα/β介導的NFκB通路對腫瘤的遷移十分重要，而TBK1/IKKε介導的I型干擾素通路在腫瘤的免疫治療中發揮重要作用。蔣爭凡研究組發現的IKKα/β和TBK1/IKKε相互活化的機制可能會為腫瘤的免疫治療及抗腫瘤藥物的研發提供新的切入點和方向。

　　2012級PTN博士生方潤為這兩篇論文的第一作者，蔣爭凡教授為通訊作者。蔣爭凡實驗室的博士生蔣啟飛、王晨光、張睿、高鵬飛和于曉彧等同學在工作中給予了很多幫助。研究工作在國家自然科學基金委、科技部973計劃、北京大學“蛋白質與植物基因研究”國家重點實驗室、北京大學“細胞增殖與分化”教育部重點實驗室及北大-清華生命科學聯合中心的資助下完成。