科研成果|USP4在调节自噬和炎症反应中的重要作用

2024年12月11日，浙江大学医学院附属口腔医院丁佩惠（Pei-hui Ding）副教授研究团队在Autophagy发表题为USP4 depletion-driven RAB7A ubiquitylation impairs autophagosome-lysosome fusion and aggravates periodontitis的研究性论文。

本研究聚焦于自噬过程中的关键调控因子RAB7A（小GTP酶），揭示了其通过泛素化修饰调控自噬体-溶酶体融合过程，进而影响炎症因子IL-1β释放的分子机制。

研究发现，去泛素化酶USP4在RAB7A的泛素化修饰中发挥关键调控作用，USP4功能缺失可导致RAB7A泛素化异常，破坏自噬稳态，从而加剧牙周炎的病理进程。

背景简介

疾病类型：牙周炎

牙周炎（Periodontitis）是一种常见的口腔慢性炎症性疾病，是成人牙齿丧失的主要原因之一。近年来的研究表明，牙周炎的发生不仅与口腔内的病原微生物密切相关，而且与宿主免疫存在复杂的相互作用。

自噬

自噬（Macroautophagy/autophagy），作为一种重要的细胞内自我降解机制，具有调节免疫反应和维持细胞稳态的功能。然而，自噬就像一把双刃剑，在维持牙周稳态中起到双重作用，其与牙周炎发病机制之间的具体相互关系仍需进一步深入研究和明确。

项目研究

研究团队首先通过对临床牙周炎患者牙龈软组织进行转录组测序分析，结合免疫印记和免疫荧光等实验技术，发现与健康对照组相比，牙周炎患者牙龈组织中自噬水平显著降低，且与RAB7A基因表达下调呈正相关。

为探究RAB7A在自噬下调及牙周炎发生发展中的作用，研究者采用丝线结扎联合牙龈卟啉单胞菌（P. g.）感染构建牙周炎小鼠模型，并通过腹腔注射RAB7A特异性激动剂ML098证实，激活RAB7A可显著提升自噬水平，有效抑制小鼠牙槽骨吸收。

进一步在P. g.刺激的THP-1细胞模型中，通过转染GFP-RFP-LC3慢病毒标记自噬体，发现自噬水平呈现时间依赖性变化：自噬流（Autophagic flux）在刺激初期短暂升高后显著抑制，同时活化的GTP结合型RAB7A活性随刺激时间延长而逐渐降低。

机制研究表明，自噬抑制主要发生在自噬体-溶酶体融合阶段，而非自噬启动或自噬体膜延伸过程。通过特异性抑制RAB7A活性，可显著降低自噬体-溶酶体融合效率，同时促进IL-1β炎症因子的分泌，证实RAB7A活性下调与自噬功能障碍及炎症反应密切相关。

基于近期研究发现RAB7A活性可能受泛素化修饰调控，研究团队检测到P. g.刺激后RAB7A泛素化水平显著升高，并通过质谱分析筛选出潜在的去泛素化酶USP4。

实验数据显示，与对照组相比，USP4在牙周炎患者牙龈组织及P. g.刺激的THP-1细胞中均呈现显著下调。为验证USP4对RAB7A泛素化的调控作用，研究者通过Co-IP和免疫荧光共定位实验证实USP4与RAB7A存在直接相互作用，且USP4基因沉默可显著增加RAB7A泛素化水平，抑制细胞自噬并促进IL-1β分泌。

最后，通过牙龈局部注射USP4过表达腺相关病毒，证实USP4可有效缓解牙周炎小鼠模型的牙槽骨吸收，表明USP4介导的RAB7A去泛素化作用能够恢复细胞自噬稳态，抑制牙周组织炎症进展。

图1 RAB7A泛素化介导的自噬体-溶酶体融合受损在牙周炎发病机制中的模型

原文引用："GFP-LC3 THP-1, RFP-GFP-LC3 THP-1, and Flag-RAB7A cell lines were obtained from Genomeditech (GM-C33998)."

文献原文：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39663592/

来源：课题组供稿