銀屑病是具有自身免疫性疾病特征的慢性炎癥，自身免疫系統(tǒng)“攻擊”表皮細(xì)胞的免疫學(xué)基礎(chǔ)以及直接靶向表皮細(xì)胞能否治療銀屑病這兩大問題亟待解決。
近日，上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院王宏林教授團(tuán)隊(duì)在Cell Press細(xì)胞出版社旗下Immunity期刊上發(fā)表原創(chuàng)性研究成果,這篇題為"Excessive Polyamine Generation in Keratinocytes Promotes Self-RNA Sensing by Dendritic Cells in Psoriasis"的論文指出，銀屑病患者表皮細(xì)胞中存在激活皮膚免疫反應(yīng)的“自身抗原”，表皮細(xì)胞精氨酸代謝通路的異常是產(chǎn)生“自身抗原”的原因，這意味著直接靶向表皮細(xì)胞有望成為治療銀屑病的全新策略。
銀屑病俗稱“牛皮癬”，是常見的皮膚慢性炎癥性疾病。由于易復(fù)發(fā)、無法根治，嚴(yán)重影響患者身心健康。據(jù)統(tǒng)計(jì)，銀屑病的全球發(fā)病率約為1%~3%，我國(guó)目前約有1000萬銀屑病患者。大量臨床研究表明，銀屑病本身雖然不致命，但它的并發(fā)癥卻包括多種代謝性疾病和心血管疾病，這些遠(yuǎn)期并發(fā)癥都可能危及患者生命。
在疾病機(jī)理研究方面，目前學(xué)界普遍認(rèn)為，銀屑病是由表皮角質(zhì)形成細(xì)胞（簡(jiǎn)稱“表皮細(xì)胞”）與免疫細(xì)胞互作異常引起的自身炎癥性反應(yīng)所致。在臨床上，anti-TNF、anti-IL-17A/IL-17R、anti-IL-23 等靶向免疫系統(tǒng)及相關(guān)因子的抗體類藥物治療銀屑病有良好效果，但這類藥物可能造成機(jī)會(huì)性感染，且停藥后疾病易反彈。因此，深入研究銀屑病的發(fā)病機(jī)制和揭示其治療新靶點(diǎn)、新策略，勢(shì)在必行。
研究人員從自身免疫系統(tǒng)“攻擊”表皮細(xì)胞的免疫學(xué)基礎(chǔ)以及直接靶向表皮細(xì)胞治療能否治療銀屑病兩大科學(xué)問題入手，研究發(fā)現(xiàn)：銀屑病患者表皮細(xì)胞中的絲蘇氨酸蛋白磷酸酶-6（PP6）表達(dá)水平顯著降低，提示 PP6 的異常表達(dá)可能參與銀屑病發(fā)生發(fā)展。經(jīng)過進(jìn)一步研究，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)表皮細(xì)胞特異性 PP6 基因缺失的小鼠自發(fā)高度類似人類銀屑病的皮膚炎癥。
據(jù)介紹，這是因?yàn)镻P6 缺失的表皮細(xì)胞中精氨酸酶上調(diào)，導(dǎo)致尿素循環(huán)下游代謝物多胺在皮膚部位異常累積，多胺攜同表皮細(xì)胞釋放的自身核酸，與具有 RNA結(jié)合能力的短肽形成復(fù)合物，進(jìn)而成為“自身抗原”進(jìn)入樹突狀細(xì)胞，強(qiáng)烈激活內(nèi)體中的 Toll 樣受體-7，并介導(dǎo)樹突狀細(xì)胞釋放多種促炎因子。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，皮膚局部注射精氨酸酶抑制劑能顯著改善小鼠與非人靈長(zhǎng)類（NHP）動(dòng)物模型的類銀屑病皮膚炎癥。
該研究首次揭示了組織特異性細(xì)胞的代謝重編程所引起的代謝物異常累積是銀屑病等慢性炎癥性疾病發(fā)生發(fā)展的重要“幫兇”，而表皮細(xì)胞的“多胺+自身核酸+短肽”復(fù)合物是激活皮膚免疫反應(yīng)的“自身抗原”，這意味著靶向調(diào)節(jié)表皮細(xì)胞精氨酸代謝通路的異常有望成為治療銀屑病的全新策略。
該研究得到新加坡免疫學(xué)聯(lián)網(wǎng)Florent Ginhoux 教授、中南大學(xué)湘雅醫(yī)院陳翔教授、上海市第十人民醫(yī)院顧軍教授、上海市皮膚病醫(yī)院史玉玲教授、復(fù)旦大學(xué)陶無凡教授與上海市第一人民醫(yī)院伍洲煒博士的大力支持。研究受到國(guó)家杰出青年科學(xué)基金、國(guó)家自然科學(xué)基金面上及青年項(xiàng)目、上海市轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)協(xié)同創(chuàng)新中心項(xiàng)目及上海市高水平地方高校創(chuàng)新研究團(tuán)隊(duì)計(jì)劃的支持。
長(zhǎng)按圖片識(shí)別二維碼閱讀論文
Cell Press細(xì)胞出版社特別邀請(qǐng)王宏林教授
進(jìn)行了專訪，請(qǐng)他為大家進(jìn)一步詳細(xì)解讀。
此項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)蛋白磷酸酶6（PP6）在角化細(xì)胞中的缺失可以引起銀屑病樣的皮膚疾病，您的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)PP6是連接精氨酸代謝與銀屑病發(fā)病機(jī)理的重要分子。請(qǐng)問您是如何想到從PP6著手展開研究的？
銀屑病皮損區(qū)域的表皮細(xì)胞有兩大重要特征：1. 快速且過度的分裂增殖；2. 分泌抗菌肽、炎癥因子、趨化因子等促炎分子。2015年，我們發(fā)現(xiàn)銀屑病表皮細(xì)胞中存在多種轉(zhuǎn)錄后水平的分子事件，這其中有一個(gè)促進(jìn)細(xì)胞增殖的重要microRNA——miR-31。我們鑒定出miR-31 在表皮細(xì)胞中的直接靶點(diǎn)，即PP6。PP6調(diào)控細(xì)胞周期，且在銀屑病表皮中顯著降低，所以當(dāng)時(shí)我們認(rèn)為PP6極有可能作為表皮細(xì)胞增殖的負(fù)向調(diào)節(jié)子起作用。
人基因組編碼400多個(gè)絲蘇氨酸激酶，它們受到約30個(gè)絲蘇氨酸磷酸酶（包括PP6）的調(diào)控。所以每一個(gè)絲蘇氨酸磷酸酶都有若干底物且發(fā)揮多種功能。我們猜測(cè)PP6在銀屑病表皮細(xì)胞中的降低可能引起除細(xì)胞增殖加快以外的病理改變，于是我們?cè)谛∈蟮谋砥ぜ?xì)胞中將PP6做了特異性敲除。在我們意料之外，卻又在情理之中，這些小鼠出現(xiàn)高度類似人類銀屑病的皮膚炎癥，它們皮膚中的免疫細(xì)胞異常活化，這提示銀屑病表皮細(xì)胞的過度分裂增殖與皮膚免疫細(xì)胞活化之間存在以PP6為媒介的內(nèi)在關(guān)聯(lián)。
銀屑病是一種代謝有關(guān)的疾病，但關(guān)于組織特異性代謝產(chǎn)物與皮膚炎癥的關(guān)系尚不清楚，您的研究回答了這個(gè)問題。請(qǐng)問研究開展期間是否遇到一些困難，您和您的團(tuán)隊(duì)是如何攻克它們的？
研究期間的確遇到許多困難。正如上個(gè)問題的回答中所說，絲蘇氨酸磷酸酶有眾多底物，其在不同細(xì)胞與不同疾病中扮演不同角色。我們首先在組織學(xué)水平、細(xì)胞學(xué)水平、基因表達(dá)水平，對(duì)于抗銀屑病藥物治療的反應(yīng)性等方面，都明確了表皮細(xì)胞PP6缺失的小鼠會(huì)自發(fā)類銀屑病，那么接下來的難點(diǎn)與關(guān)鍵點(diǎn)就是PP6通過與皮膚中何種分子互作，發(fā)揮何種功能來阻止我們觀察到的皮膚炎癥表型的發(fā)生。
我們很早就發(fā)現(xiàn)PP6的缺失可以導(dǎo)致表皮細(xì)胞中精氨酸酶（ARG1）升高。銀屑病的關(guān)鍵致炎分子IL-17可以誘導(dǎo)ARG1表達(dá)，且ARG1是銀屑病相較于其他皮膚疾病最為特異的高表達(dá)基因。但ARG1對(duì)于表皮細(xì)胞功能有何意義，對(duì)于銀屑病的進(jìn)展有何貢獻(xiàn)，以前都是不明確的。同時(shí)，ARG1是M2巨噬細(xì)胞的特征分子，一般認(rèn)為其具有免疫調(diào)節(jié)功能，所以我們繞了很多彎路才最終確定ARG1的升高和尿素循環(huán)代謝物的累積是PP6缺失的表皮細(xì)胞的特征性變化，皮膚局部給予精氨酸酶抑制劑可以明顯改善小鼠的類銀屑病。尿素循環(huán)下游的代謝產(chǎn)物——多胺可以保護(hù)自身RNA不被降解，并促進(jìn)樹突狀細(xì)胞（DC）感知自身RNA，這是論文一作樓方舟博士的大膽假設(shè)。我們通過一系列小心求證，闡述了多胺-自身RNA-RNA結(jié)合肽的復(fù)合物如何促使DC分泌炎癥因子。
PP6的缺失引起細(xì)胞通過尿素循環(huán)產(chǎn)生更多的聚胺，這些聚胺則抑制角化細(xì)胞自身RNA的降解并促進(jìn)樹突狀細(xì)胞對(duì)自身RNA的內(nèi)吞，從而促進(jìn)固有免疫反應(yīng)?？煞裾?qǐng)您談一談樹突狀細(xì)胞的自身RNA感知作用對(duì)于銀屑病發(fā)病機(jī)理研究的意義。
2007年，美國(guó)科學(xué)家報(bào)道漿細(xì)胞樣DC（pDC）感知抗菌肽LL-37與自身DNA復(fù)合物后產(chǎn)生I型干擾素。2009年，他們又報(bào)道髓系DC（mDC）感知LL-37與自身RNA復(fù)合物后產(chǎn)生IL-6與TNF-α。這兩種免疫學(xué)機(jī)制被認(rèn)為對(duì)于銀屑病和其他自身反應(yīng)性的炎癥性疾?。ㄈ缋钳彛┑陌l(fā)生發(fā)展十分重要。相較于pDC，mDC活化后產(chǎn)生IL-6、TNF-α、IL-12、IL-23等，對(duì)于分泌IL-17致病性T17細(xì)胞亞群發(fā)揮效應(yīng)與銀屑病皮膚炎癥的維持更為關(guān)鍵。
本研究拓展了我們對(duì)自身RNA感知的認(rèn)識(shí)，剖析了代謝小分子在這個(gè)過程中的重要作用，提示銀屑病中有多種途徑共同介導(dǎo)IL-17產(chǎn)生，而IL-17作用于表皮細(xì)胞后進(jìn)一步促進(jìn)這些代謝物的積累，從而閉合銀屑病的“惡性循環(huán)”。此外，我們通過單細(xì)胞測(cè)序發(fā)現(xiàn)銀屑病皮膚中的cDC2或moDC是感知RNA的細(xì)胞，cDC1并不感知自身RNA。
再延伸一點(diǎn)，我們?cè)谥暗难芯恐邪l(fā)現(xiàn)mDC中的病毒RNA受體RIG-I對(duì)DC產(chǎn)生IL-23與介導(dǎo)銀屑病進(jìn)展也十分重要，這提示mDC感知病毒RNA或在特定生理病理環(huán)境中感知包括自身RNA在內(nèi)其他類型RNA對(duì)銀屑病也有貢獻(xiàn)。
此項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)了PP6缺失的角化細(xì)胞中精氨酸酶-1（ARG-1）的聚集，導(dǎo)致過度的精氨酸代謝，從而進(jìn)一步促進(jìn)樹突狀細(xì)胞的活化與促炎細(xì)胞因子（如IL-6）的釋放。而精氨酸酶抑制劑可以在銀屑病小鼠和猴子模型中緩解皮膚炎癥癥狀，您認(rèn)為這對(duì)銀屑病的轉(zhuǎn)化研究與臨床治療有何啟發(fā)？
我們的這項(xiàng)研究初步揭示了精氨酸酶在銀屑病皮膚炎癥中的病理意義，明確了精氨酸酶抑制劑改善皮膚炎癥的機(jī)制，提示截?cái)嚆y屑病“惡性循環(huán)”上游的關(guān)鍵連接是干預(yù)疾病的有效策略。表皮細(xì)胞作為銀屑病的“始動(dòng)者”、“轉(zhuǎn)導(dǎo)者”、“受害者”，其內(nèi)在的異常分子事件應(yīng)當(dāng)成為藥物靶點(diǎn)鑒定與藥物開發(fā)的重要關(guān)切，換句話說銀屑病是主要累及皮膚的慢性炎癥性疾病，以表皮細(xì)胞為治療靶器官對(duì)新藥的開發(fā)意義重大。
銀屑病不僅僅是皮膚疾病，其與代謝紊亂密切相關(guān)。大量臨床數(shù)據(jù)表明銀屑病患者有系統(tǒng)性的氨基酸、脂肪酸代謝異常，這些都可能是銀屑病患者并發(fā)代謝綜合征、糖尿病、不良心血管事件的基礎(chǔ)或誘因。我們?cè)谥委熎つw炎癥的同時(shí)，應(yīng)當(dāng)引入中醫(yī)“治未病”的理念，將預(yù)防遠(yuǎn)期并發(fā)癥的發(fā)生也作為治療目標(biāo)。已有一些研究提示，操控精氨酸代謝可以改變機(jī)體中其他的氨基酸與脂肪酸代謝通路。我們?cè)谘芯恐兴褂玫木彼崦敢种苿﹏or-NOHA已被用于缺血-再灌注損傷治療的I期與II期臨床試驗(yàn)，其具有良好的安全性且有效改善微循環(huán)障礙。我們對(duì)于nor-NOHA能否改善銀屑病相關(guān)的系統(tǒng)性代謝紊亂十分好奇。
基于此項(xiàng)研究的發(fā)現(xiàn)，后續(xù)研究還有哪些工作將要進(jìn)行？您的團(tuán)隊(duì)下一步的研究方向如何？
在本研究中，我們揭示了精氨酸酶在銀屑病皮膚炎癥中的病理意義，明確了精氨酸酶抑制劑改善皮膚炎癥的機(jī)制，提示截?cái)嚆y屑病“惡性循環(huán)”上游的關(guān)鍵連接是干預(yù)疾病的有效策略。我們將以表皮細(xì)胞為銀屑病治療的靶器官，以精氨酸酶為治療新靶點(diǎn)開發(fā)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、價(jià)格低廉、使用方便、長(zhǎng)期療效卓越、毒副作用低的新一代治療銀屑病及其他慢性炎癥的原創(chuàng)性新藥。
王宏林 研究員、博士生導(dǎo)師，2017年國(guó)家杰出青年科學(xué)基金獲得者、上海交通大學(xué)特聘教授、上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院上海市免疫學(xué)研究所副所長(zhǎng)。2015年獲上海市科委優(yōu)秀學(xué)科帶頭人，任中華中醫(yī)藥學(xué)會(huì)免疫學(xué)分會(huì)副主任委員。
王宏林研究員長(zhǎng)期以來一直從事銀屑病的免疫學(xué)機(jī)制與治療新靶點(diǎn)的研究，取得了創(chuàng)新性的研究成果：1. 發(fā)現(xiàn)RNA病毒感染誘發(fā)銀屑病的發(fā)生發(fā)展是銀屑病病因?qū)W研究的重要突破；2. 發(fā)現(xiàn)選擇性抑制Th17分化的候選藥物小分子，該小分子擁有全球知識(shí)產(chǎn)權(quán)，將來可外用或口服治療銀屑病或其它慢性炎癥性疾病。相關(guān)工作在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊發(fā)表SCI論文45篇。獲得國(guó)家發(fā)明專利4項(xiàng)，PCT專利1項(xiàng)。王宏林團(tuán)隊(duì)研發(fā)出自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、First-in-Class治療銀屑病的國(guó)家I類新藥，并于2019年4月15日獲得國(guó)家藥審中心臨床試驗(yàn)批件，許可開展臨床試驗(yàn)。
來源：CellPress細(xì)胞科學(xué)
