浙江大学徐平龙课题组揭示核酸免疫识别的线粒体功能及分子机制

       核酸天然免疫识别是一类在进化上高度保守的生物学机制，存在于机体几乎所有类型的细胞中，不仅对宿主细胞抵抗外源病毒感染至关重要，更在自身免疫性疾病、慢性炎症疾病和肿瘤免疫中有重要功能。但是迄今为止，除了已知的细胞自噬、细胞分化/转分化和细胞衰老外，对核酸免疫的细胞生物学功能还所知甚少。另一方面，线粒体是细胞能量供应的基本单位。线粒体动力学通过调控线粒体形态的持续和快速变化，在细胞代谢，细胞器完整和细胞命运决定等多个细胞生物学进程中发挥关键作用。但是，对于核酸免疫识别是否能主动控制线粒体这一关键的细胞器的形态和功能，也尚不清楚。

       2020年11月9日，浙江大学徐平龙课题组在Molecular Cell上发表了题为“TBK1-mediated DRP1 targeting confers nucleic acid sensing to reprogram mitochondrial dynamics and physiology”的研究论文，阐述了核酸天然免疫识别对线粒体形态和生理功能的重要调控作用，以及介导该调控功能的MAVS-TBK1-DRP1信号轴。

       在该研究中，徐平龙实验室意外发现在RNA免疫识别活化过程中，线粒体呈现显著融合的形态，且这一现象依赖于核酸识别关键激酶TBK1以及线粒体分裂调控蛋白DRP1。机制上，定位于线粒体外膜的RNA识别关键接头分子MAVS激活后，能招募DRP1至MAVS信号复合体，随后复合体中的TBK1激酶对DRP1进行直接并高效的修饰。其中，DRP1蛋白S412和S684位点的磷酸化能有效阻遏DRP1形成高次序聚合的环状结构，使其丧失分裂线粒体的功能。值得注意的是，因DRP1失活形成的高度融合的线粒体是MAVS形成高度聚集体以及RNA免疫识别信号活化的必要条件。

在功能验证中，鉴于斑马鱼生长周期短，繁殖量大，且周身透明，方便实时观测表达GFP蛋白的病毒扩增情况，徐平龙课题组与浙江大学转化医学院邹键教授实验室合作开发了一套斑马鱼抗病毒防御能力评估实验系统，在整体动物水平上快速、实时、大样本量检测斑马鱼的抗病毒防御能力。研究论文也利用斑马鱼、小肠类器官、基因敲入（Knock-In）小鼠等模型，发现阻断MAVS-TBK1-DRP1信号轴，导致强烈的抗病毒免疫应答抑制现象。

       此外，研究发现TBK1-DRP1信号在营养应激引起的线粒体动力学和细胞命运决定中也具有关键作用。利用基因敲入或AAV病毒感染在小鼠中人工模拟TBK1-DRP1信号，能够观察到与DRP1先天突变病人相似的发育缺陷表型。

图1 RNA免疫识别通过MAVS-TBK1-DRP1信号轴控制线粒体形态与功能的分子细胞机制

       因此，该工作首次揭示了核酸免疫识别对关键细胞器的形态与功能调控以及其潜在的生理功能，鉴定了线粒体动力学以及DRP1蛋白的新调控机制，并深入解析了其由MAVS-TBK1-DRP1-线粒体动力学这一信号轴主导的分子细胞基础。这些新发现是核酸天然免疫生物学功能的重要进展，也为发展抗病毒和自身免疫疾病的防治手段提供了新的理论与实验依据。

       实验室博士后陈莎莎，刘盛铎和博士生王俊贤为论文共同第一作者，吴芑柔同学、王爱莲同学也在工作中有重要贡献，通讯作者为徐平龙教授。研究工作也得到了秦骏教授，宋海教授，邹键教授，欧阳松应教授等合作者的大力支持。该研究得到国家杰青科学基金、自然科学基金委重点项目等资助，在浙江大学开展并完成。