刘振兴
【第九十六期】DPP9缺陷:一种可通过降低NLRP1/IL-1信号进行治疗的炎症性疾病
2022-10-1 15:06
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2022年9月16日,墨尔本大学医学生物学系Harapas等人在Science Immunology杂志上在线发表了研究论文“DPP9 deficiency: An inflammasomopathy that can be rescued by lowering NLRP1/IL-1 signaling”。该研究主要发现二肽基肽酶(DPPs)DPP9主要是通过阻止NLRP1炎症小体的组装控制炎症过度激活,同时在人类和两种动物模型中证实了DPP9对NLRP1驱动的炎症性疾病的重要作用。


研究背景

人类NLRP1 (NLR家族pyrin结构域1)炎症小体是一种多蛋白复合体,由病毒感染或危险相关信号触发,导致促炎细胞因子的释放,其缺陷导致一系列自身炎症性疾病。通常情况下,NOD样受体家族中的炎症小体传感器被许多调控蛋白抑制从而保持不活跃状态。另外,低温电子显微镜研究表明,DPP9通过直接结合NLRP1-FIND(function-to-find结构域)结构域来抑制NLRP1的激活。DPP9在全长NLRP1分子的协助下,隔离了NLRP1的生物活性C端片段,抑制了炎症小体的组装。DPP9作为人和小鼠NLRP1负调控因子的作用已在体外通过药物抑制DPP9的细胞中得到证实,但其在体内的功能尚未有文献报道。


研究结果

本研究在三个先天免疫缺陷患者的家系中,通过遗传分析发现DPP9 (MIM608258)基因突变 (图1)。四位患儿临床表现为发育停滞,皮肤症状,全血细胞减少和易感染,称为Hatipoğlu综合征,与由NLRP1获得功能突变引起的AIADK的症状部分重叠。在家系2和家系3的先证者中发现的终止突变完全破坏DPP9的酶活性,因为它的催化结构域位于C端。在先证者F1: II.2中发现的错义突变p.G167S影响了位于DPP9底物结合位点外围的一个柔性环中的残基(图1D)。因此,DPP9 G167S突变预计会降低底物结合和/或催化效率。研究人员从患者中分离出原代皮肤细胞,发现DPP9突变对其mRNA表达和酶功能均有一定程度的影响。

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图1 三个家系中发现DPP9功能丧失型突变

DPP9G167S突变使酶活性降低到野生型(WT) DPP9的15%左右。接下来,研究人员制备了携带无催化活性的DPP9p.S759A突变小鼠品系。纯合子Dpp9S759A/S759A敲入小鼠在出生24小时内死亡,但是Nlrp1纯合缺失小鼠却可以保护部分Dpp9S759A/ S759A新生小鼠免于死亡。与同窝Dpp9S759A/+Nlrp1-/-小鼠相比,Dpp9S759A/S759ANlrp1-/-小鼠体型矮小(小而瘦),但没有任何明显的疾病迹象(图2)。另外,与对照组相比, Dpp9S759A/S759ANlrp1-/-小鼠的预期寿命有下降趋势,但并不显著(P=0.1374)。Dpp9S759A/S759-Nlrp1-/-小鼠肺内也出现免疫浸润,尤其是细支气管周围区域。实验说明小鼠DPP9功能缺失引起的致死率可通过NLRP1的缺失进行部分挽救;然而,包括体型矮小和肺部炎症在内的其他症状无法治疗。进一步分析发现,将Dpp9S759A/ S759A小鼠与NLRP1信号轴下游分子缺陷品系进行杂交。Asc、GsdmdIl-1r的杂合子和纯合子缺失均可挽救Dpp9S759A/ S759A新生小鼠的致死率,但是Il-18的双等位基因缺失并不能挽救DPP9功能的丧失,说明Il-1信号可能在疾病中发挥更重要的作用。

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图2 NLRP1缺陷NLRP1下游信号分子挽救了Dpp9S759A/S759A新生小鼠的死亡率


另外,研究人员使用CRISPR-Cas9技术制备了dpp9-KOasc-KO斑马鱼品系(图3)。与Dpp9S759A/S759A小鼠相似,纯合子dpp9-KO斑马鱼的体型也显著缩小,寿命显著缩短(存活不超过35天)。相反,asc-/-斑马鱼可以存活到成年,在外观上与野生型斑马鱼没有区别。为了研究dpp9-/-致命性是否与下游NLRP1炎症小体激活相关,进一步制备了dpp9−/−;asc−/−dKO斑马鱼品系以防止炎症小体组装。纯合子asc的缺失足以挽救dpp9−/−品系致死率,但对其体型矮小没有作用。此外,内源性ASC的缺失抑制了dpp9-KO幼鱼中IL-1β转录水平的升高。DPP9很可能除了炎症小体调节作用,还发挥其他未知作用。

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图3 asc缺乏延长了dpp9-/-斑马鱼的寿命并阻止了促炎因子il-1b的上调


结论

总之,该研究描述了一种迄今未知的由DPP9缺陷引起的孟德尔病--Hatipoğlu综合征,其特征是免疫相关缺陷和皮肤异常,该病主要是由于NLRP1炎症小体的异常激活而产生。通过体内实验发现Nlrp1或下游炎症体信号成分Asc、GsdmdIl-1r可以挽救Dpp9突变新生致死率, Dpp9-KO斑马鱼的早期致死率也可以通过缺失asc来挽救。因此,该研究为DPP9缺陷患者提供一些治疗方案,例如使用Nlrp1-炎症小体途径抑制剂--Il-1ra (anakinra)药物。



参考文献:Cassandra R Harapas, Kim S Robinson , Kenneth Lay, et al. DPP9 deficiency: An inflammasomopathy that can be rescued by lowering NLRP1/IL-1 signaling. Sci Immunol. 2022 Sep 16;7(75):eabi4611.

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撰文:候美琪

编辑:刘振兴

审核:张贤钦


课题组网址 http://life.hust.edu.cn/info/1046/13645.htm

课题组介绍-分子医学团队


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