清华大学刘万里团队揭示红斑狼疮新机制！有望带来新的诊疗思路
清华大学刘万里团队揭示红斑狼疮新机制！有望带来新的诊疗思路
两千五百年前，古希腊历史学家修昔底德记录了雅典城的一场瘟疫，描述了康复者如何获得对病原体的持久免疫力。如今，现代免疫学研究揭示了这一现象背后的生物学原理：病原体感染后，机体产生记忆性B细胞，这些细胞能够快速识别并应对再次入侵的病原体。然而，人类对IgG抗体的稳态维持机制仍然缺乏深入了解，这在自身免疫性疾病的研究中尤为重要。
2024年10月29日，清华大学生命学院和免疫所刘万里与合作者在《免疫》（Immunity）发表题为“Progressive polyadenylation and m6A modification of Ighg1 mRNA maintain IgG1 antibody homeostasis in antibody-secreting cells”的研究论文，揭示了IgG抗体稳态调控的新机制，并探索了其在自身免疫疾病的发病和治疗中的潜在价值。值得一提的是，论文的最后通讯作者（Lead Corresponding Author）刘万里教授曾获得2019年药明康德生命化学研究奖杰出成就奖。
研究背景
B细胞通过表面的B细胞抗原受体（BCRs）识别抗原并启动信号传导。表达IgM-BCR和IgD-BCR的初始型B细胞负责初次抗体反应，而表达IgG-BCR的记忆性B细胞主要在抗原再次暴露时产生高滴度高亲和力的IgG型的记忆性抗体反应。IgM，IgD和IgG等不同亚型的膜结合免疫球蛋白尾部（mIg-Tail）氨基酸序列不同，并影响其下游信号转导功能。例如，mIgM-Tail和mIgD-Tail只有三个氨基酸，KVK，锚定其穿膜区；而所有mIgG亚型具有进化保守的28个氨基酸尾部，包含增强信号传导的免疫球蛋白尾部酪氨酸（ITT）基序。
小鼠模型和临床队列研究揭示mIgG-Tail在记忆性B细胞的免疫活化和IgG抗体应答中起着重要作用，也与自身免疫病、癌症和传染病等多种临床疾病密切有关，刘万里团队与德国Jürgen Wienands团队都曾发表过相关研究进行阐述。上述主要是在蛋白氨基酸序列层面对mIgG的研究，且主要针对的是膜结合免疫球蛋白开展（也被称为，膜联型抗体）。
膜结合（Membrane-bound, mem）和分泌型（Secretory, sec）抗体（分泌型抗体即为血液中的可溶性抗体）的重链（Immunoglobulin heavy chains, IgH）起源于同一条种系位点。在抗体分泌细胞（Antibody-secreting cells, ASCs）中，从mem IgH到sec IgH mRNA的转换依赖于可变多聚腺苷酸化，而在表达表面BCR的初始型和记忆性B细胞中，mem IgH-mRNA转录物占主导地位。ASCs中增加的IgH转录使得剪切和加尾机制能够利用近端的分泌型特异性poly(A)位点。此外，N6-甲基腺苷（m6A）负责mRNA的转录后加工，并且还可调控mRNA在不同亚细胞区室之间的重新定位。目前尚不清楚m6A如何对抗体转录本的质量或数量控制起作用。
研究发现
研究团队发现，IgG1重链转录物（IgG1 heavy chain transcripts，Ighg1）mRNA的逐渐加尾和m6A修饰在ASCs中对IgG1抗体的稳态维持至关重要。作为m6A-reader（阅读器）的YTHDF1在B细胞中的缺失会减弱ASC中Ighg1mRNA的半衰期，从而减少IgG1+ ASCs中的IgG1蛋白丰度，最终导致免疫后IgG在血清中的滴度下降。更重要的是，研究团队还探索了一个此前未被发现的剪接中间体（IntermediateIghg1，Ighg1），揭示其为受到m6A修饰的主要的Ighg1亚型。m6A修饰和YTHDF1的核定位均是维持ASCs中高Ighg1转录物丰度的关键因素，Ighg1与YTHDF1共同形成类似核糖核蛋白（Ribonucleoprotein，RNP）颗粒的结构。该结构的形成和维持对IgG1抗体稳态有至关重要的作用，此模型揭示浆细胞妙用乾坤，采取以方寸赢朝夕的哲学，来稳妥处理潜在的高度同质化的Ighg1mRNA所造成的细胞应激ER stress（图1）。
图1 ASCs通过整合多种Ighg1mRNA修饰维持IgG抗体转录本稳态
为了探索上述分子细胞免疫学基础机制的临床价值，研究团队还将注意力转向了自身免疫疾病，特别是SLE。在SLE患者中，他们发现YTHDF1在ASCs中表现出过表达（图1）。通过单细胞RNA测序分析，研究揭示了一个具有高YTHDF1表达的ASCs亚群在SLE患者中显著增加，而在接受免疫抑制治疗后，这一亚群有所减少。这一发现暗示YTHDF1可能在SLE等自身免疫疾病的发病过程中发挥重要作用。为了验证YTHDF1在自身免疫疾病中的潜在治疗价值，研究者使用小鼠SLE模型进行了实验。他们发现，阻断YTHDF1与m6A的相互作用能够有效缓解SLE症状，减少自身抗体的产生。这一结果表明YTHDF1-m6A通路可能成为自体免疫疾病治疗的新靶点。
专家点评
中国工程院院士、中国科学技术大学教授田志刚指出，这项研究聚焦于ASCs，揭示了IgG1编码mRNA的m6A修饰与抗体转录后调控的关键联系，并发现YTHDF1在IgG1抗体稳态维持中的重要作用，为其在系统性红斑狼疮（SLE）中的治疗潜力提供了新的视角。研究团队在SLE患者样本中发现了高表达YTHDF1的ASCs亚群，并确认该亚群在疾病的发病和进展中发挥了关键作用。临床样本分析显示，在SLE患者中，YTHDF1的高表达与疾病严重程度密切相关。进一步的单细胞分析揭示，高表达YTHDF1的ASCs亚群在SLE患者接受免疫抑制剂等治疗后显著减少，表明其在SLE病理进程中具有潜在的治疗价值。通过小鼠SLE模型的实验，研究团队进一步验证了阻断YTHDF1与m6A相互作用的效果，发现其能有效缓解SLE症状，减少自身抗体的产生，显示出YTHDF1-m6A通路作为治疗靶点的巨大潜力。
中国工程院院士、中国人民解放军陆军军医大学教授吴玉章认为，这项研究围绕YTHDF1作为m6A修饰在B细胞终末分化亚群ASCs中的主要识别蛋白，揭示其对IgG抗体稳态维持具有重要调控作用。论文揭示YTHDF1通过识别m6A修饰，调控IgG抗体编码mRNA（Ighg1）的胞内稳态，并提出此分子机制是维持ASCs中的IgG抗体高效产生的关键。该研究提出YTHDF1与m6A修饰后的IgG编码mRNA在核糖核蛋白颗粒中的相互作用，为抗体的转录后调控机制提供了新思路，这项工作也揭示YTHDF1在抗体应答稳态维持中扮演了一个重要的分子调控角色，为深入理解抗体产生的分子机制提供了重要线索。
沃尔夫奖得主、芝加哥大学John T. Wilson讲席教授何川表示，这项研究揭示了IgG重链编码mRNA的稳态维持与m6A修饰的紧密关系，阐明了RNA化学修饰在适应性免疫调控中的重要作用。研究发现，YTHDF1通过识别和稳定m6A修饰的Ighg1 mRNA，有效促进了IgG1抗体的持续分泌。这一发现进一步扩展了我们对表观遗传调控在适应性免疫中的作用的理解。研究亮点之一在于揭示了YTHDF1在抗体分泌细胞（ASCs）中作为关键调控因子的功能，通过形成稳定的核糖核蛋白复合体，有效维持了IgG1抗体的稳态。这揭示了一个有趣的YTHDF1新的功能，也进一步证明YTHDF蛋白之间有不同的功能。不仅深化了我们对表观遗传修饰在抗体产生中的作用的认识，还表明RNA修饰和RNA结合蛋白的相互作用在维持抗体的高效表达中至关重要。
研究还发现YTHDF1在系统性红斑狼疮（SLE）中的过表达与疾病进展相关。阻断YTHDF1与m6A的相互作用可减轻SLE症状，降低自身抗体的产生，表明YTHDF1-m6A通路可能是自体免疫疾病的一个治疗靶点。
这项研究具有多层次的科学意义。首先，它明确了YTHDF1在IgG1抗体稳态维持中的核心作用，展现了表观遗传调控对适应性免疫的影响。其次，研究还表明通过表观遗传干预来缓解自身免疫疾病的新策略，这为突破传统免疫抑制疗法的局限性提供可能。
从表观遗传的角度来看，本研究展示了RNA修饰如何作为表观遗传信息的载体，在细胞命运和功能调控中发挥作用。m6A修饰及其识别蛋白在RNA水平上执行类似的调控功能，揭示了YTHDF1在核内的一个新功能。这些发现为深入理解表观遗传调控如何连接环境信号与基因表达提供了重要的新视角，同时也为表观遗传在自体免疫病理机制中的应用提供了理论依据。
研究团队
清华大学生命学院2018级博士生王昱为论文第一作者，博士后张少存为共同第一作者。清华大学生命学院、CLS生命中心、免疫学研究所、膜生物学全国重点实验室的刘万里教授是论文的首要通讯作者（lead corresponding author），清华大学徐萌研究员和博士后张少存是本文的共同通讯作者（co-corresponding author）。本研究的完成需要大力整合临基础免疫学、RNA生物学、分子细胞生物学、计算生物学和风湿病学等多学科的交叉优势。作为总结，清华大学王昱和张少存为共同第一作者，其中王昱负责分子细胞以及生物信息学，张少存博士负责免疫学工作及文章整理工作。研究过程得到来自清华大学祁海教授，合肥综合性国家科学中心大健康研究院童佩研究员，中科院生物物理所侯百东研究员，武汉大学周宇教授，西湖大学谢琦研究员，北京大学邹鹏研究员，北京大学人民医院风湿免疫科栗占国教授和孙晓麟研究员的大力支持。同时，也得到了光飞纳科技有限公司齐冬和尹强工程师和江苏瑞明生物科技有限公司/单细胞检测多模式检测的大力支持。项目联合研究团队得到国家自然科学基金委杰青项目、重大研究计划、专项项目、重点项目，国家科技部重点研发计划，北京自然科学基金重点项目、清华-北大生命科学中心、CLS博士后基金、清华大学免疫学研究所和深圳SMART基金的基金资助。