2022年6月29日，中國醫(yī)學科學院基礎醫(yī)學研究所暨中國醫(yī)學科學院免疫治療研究中心曹雪濤院士團隊在Signal Transduction and Targeted Therapy雜志發(fā)表了題為“m6A demethylase ALKBH5 is required for antibacterial innate defense by intrinsic motivation of neutrophil migration”的研究論文。研究報道了alkB同源物5 RNA去甲基化酶（alkB homolog 5 RNA demethylase，ALKBH5）在機體抗菌免疫防御過程中發(fā)揮著至關重要的作用，首次揭示了中性粒細胞ALKBH5及N6-甲基腺嘌呤（N6-methyladenosine，m6A）RNA修飾可以調(diào)控其遷移能力的表觀新機制。
中性粒細胞迅速且有效地遷移到感染部位是機體抵御細菌感染與天然免疫應答的關鍵環(huán)節(jié)，若該過程被抑制則會引發(fā)持續(xù)的細菌感染并導致過度炎癥反應甚至膿毒癥。以往關于中性粒細胞遷移的研究主要集中在趨化因子等細胞外信號，然而決定中性粒細胞遷移能力的內(nèi)在分子及其調(diào)控機制亟待深入探索。m6A是哺乳動物mRNA上存在最為普遍的一種表觀修飾，其在免疫與炎癥反應中發(fā)揮著重要調(diào)控作用。其中，ALKBH5是去除RNA上m6A甲基化修飾的去甲基化酶。
2019年，曹雪濤院士帶領劉洋博士等在Science雜志發(fā)表論文，首次報道了ALKBH5介導的RNA m6A去甲基化可通過抑制巨噬細胞中靶基因的RNA降解引發(fā)細胞代謝重塑來調(diào)控病毒-宿主互作過程，并提出了宿主防御的表觀-代謝新機制（Liu Y, et al. Science. 2019, 365(6458): 1171-1176）。然而，ALKBH5與m6A RNA修飾是否參與調(diào)控中性粒細胞相關的抗菌免疫應答及其作用機制目前尚不明確。
在上述研究基礎上，該團隊發(fā)現(xiàn)細菌感染可導致中性粒細胞中ALKBH5的表達水平下調(diào)，且該現(xiàn)象在膿毒癥小鼠體內(nèi)分離的中性粒細胞與細菌感染的原代人外周血中性粒細胞中具有物種保守性；臨床數(shù)據(jù)分析顯示膿毒癥患者外周血中性粒細胞的ALKBH5水平亦被下調(diào)，提示ALKBH5可能參與中性粒細胞的抗菌防御過程。隨后該團隊通過盲腸結扎穿孔誘導的多種細菌感染性膿毒癥小鼠模型探究ALKBH5的體內(nèi)效應并發(fā)現(xiàn)，ALKBH5基因缺失會增加膿毒癥小鼠的死亡率，且ALKBH5基因敲除小鼠體內(nèi)的細菌載量與促炎性細胞因子水平均顯著高于野生型小鼠。以上結果證明ALKBH5具有抑制細菌感染與過度炎癥的作用。進一步檢測顯示，中性粒細胞是膿毒癥小鼠感染部位最主要的天然免疫細胞；且相較于野生型小鼠，ALKBH5基因敲除小鼠腹腔與外周血中的中性粒細胞數(shù)量均顯著降低，然而中性粒細胞主要趨化因子的水平并未降低甚至在感染后期有所升高。與此同時，ALKBH5缺失會顯著抑制中性粒細胞表面趨化因子受體CXCR2的蛋白表達。體外遷移實驗證實ALKBH5基因敲除會導致中性粒細胞的遷移能力顯著下降。以上結果說明ALKBH5通過直接增強中性粒細胞遷移能力來促進感染部位的中性粒細胞聚集，從而有效清除細菌。隨后通過RNA-seq、m6A-RNA seq對以及相關功能分析作者發(fā)現(xiàn)，在細菌感染過程中，ALKBH5能夠賦予中性粒細胞具有促遷移特性的轉錄組表達特征，并鑒定出了ALKBH5在細菌感染早期與晚期動態(tài)促進中性粒細胞遷移的關鍵效應分子。機制上，ALKBH5介導的RNA m6A去甲基化作用通過改變靶分子的RNA穩(wěn)定性來調(diào)控其蛋白表達，由此增強中性粒細胞自身的遷移能力，具體包括：上調(diào)具有促進中性粒細胞遷移作用的CXCR2與NLRP12表達，下調(diào)具有抑制中性粒細胞遷移作用的PTGER4，TNC與WNK1表達。
本研究首次發(fā)現(xiàn)ALKBH5通過內(nèi)在機制促進中性粒細胞遷移來增強天然免疫應答的新功能，揭示了抗菌免疫防御的新型表觀調(diào)控機制；從RNA修飾這一新視角闡明了細菌感染抑制中性粒細胞CXCR2表達與遷移的現(xiàn)象、膿毒癥的致病機理；并提出了靶向中性粒細胞內(nèi)m6A RNA修飾這一策略應用于控制細菌感染的新思路。
本研究工作得到國家自然科學基金委基礎科學中心項目與面上項目（81788101，82071793）、中國醫(yī)學科學院醫(yī)學與健康科技創(chuàng)新工程（2021-I2M-1-017）等項目的支持。基礎醫(yī)學研究所曹雪濤院士和劉洋博士為論文共同通訊作者，劉洋同時為論文的獨立第一作者。
論文鏈接: https://doi.org/10.1038/s41392-022-01020-z.
