PNAS：抗病毒免疫的“调速器”！北京大学张君/刘小云发现OTULIN通过编辑TRAF6修饰负向调控信号强度
来源：iNature 2026-03-23 14:54
本研究揭示了OTULIN通过去除TRAF6的线性泛素化修饰来削弱RIG-I依赖性IFN-I信号通路的调控作用，阐明了线性泛素化与去泛素化在抗病毒先天免疫及免疫稳态中维持动态平衡的重要性。
线性泛素化与去泛素化是炎症和细胞死亡过程中的关键调控机制，然而它们在RIG-I样受体（RLR）依赖性信号传导中的作用尚不明确。
2026年3月9日，北京大学张君和刘小云共同通讯在PNAS 在线发表题为Deubiquitinase OTULIN dampens RIG-I-dependent antiviral signaling by removing linear ubiquitination from TRAF6的研究论文。
该研究鉴定出线性连接特异性OTU去泛素化酶（OTULIN）是RIG-I依赖性I型干扰素（IFN-I）信号通路的负向调控因子。过表达OTULIN显著减弱了由RNA病毒或合成类似物触发的NF-κB与IFNβ报告基因激活，抑制了下游基因表达，削弱了IFN-I的产生，并降低了IκBα、TBK1和IRF3的磷酸化水平，从而促进了病毒复制。相反，在HeLa细胞和诱导性骨髓源性巨噬细胞（iBMDM）中敲除OTULIN增强了上述抗病毒信号事件并抑制了病毒复制。
关键的是，通过慢病毒转导将OTULIN重新回补至OTULIN敲除细胞中，可逆转这种增强表型，恢复对IFN-I信号通路的抑制。机制研究表明，RNA病毒感染诱导了TRAF6在K104、K142和K371位点的线性泛素化。线性泛素链组装复合物（LUBAC）通过增强TRAF6的线性泛素化促进抗病毒先天免疫信号传导，而OTULIN则拮抗该过程。
值得注意的是，TRAF6的线性泛素化促进了其K63连接型泛素化，并加强了其与线粒体抗病毒信号蛋白（MAVS）的结合，从而放大了抗病毒反应。此外，与野生型同窝小鼠相比，Otulin+/−小鼠表现出更强的抗病毒免疫力及更高效的病毒清除能力。
综上所述，本研究揭示了OTULIN通过去除TRAF6的线性泛素化修饰来削弱RIG-I依赖性IFN-I信号通路的调控作用，阐明了线性泛素化与去泛素化在抗病毒先天免疫及免疫稳态中维持动态平衡的重要性。
RIG-I样受体（RIG-I-like receptor, RLR）家族，包括RIG-I、黑色素瘤分化相关基因5（melanoma differentiation-associated gene 5, MDA5）和遗传学与生理学2实验室（laboratory of genetics and physiology 2, LGP2），是一类关键的胞质模式识别受体（pattern recognition receptors, PRRs），负责识别RNA病毒。RIG-I和MDA5作为主要传感器，直接识别不同的病毒RNA基序并启动抗病毒天然免疫信号传导。
具体而言，RIG-I检测带有5’-三磷酸末端的短双链RNA（double-stranded RNA, dsRNA），而MDA5识别长dsRNA结构。病毒RNA与RIG-I解旋酶结构域的结合会诱导构象变化，从而暴露出其N端的半胱天冬酶募集结构域（caspase recruitment domains, CARDs）。
随后，RIG-I暴露的CARDs会招募并结合线粒体抗病毒信号蛋白（mitochondrial antiviral signaling, MAVS）的CARD结构域；MAVS是一个关键的适配蛋白，能够触发下游激酶（包括TBK1和IKKε）的招募与激活。这一信号级联反应最终导致I型干扰素（IFN-I）和促炎细胞因子的产生。
缺乏CARDs的LGP2不直接启动信号传导，而是通过调节RIG-I和MDA5的活性发挥关键调控作用。因此，精确调控RLR通路对于建立有效的抗病毒防御、同时防止过度炎症和维持免疫稳态至关重要。该通路的失调可能导致病毒清除不充分或病理性免疫激活。因此，阐明微调RLR信号传导的分子机制，对于理解生理和病理条件下的信号传导过程，以及开发针对病毒感染和免疫紊乱的靶向治疗策略，均具有重要意义。
泛素化是一种普遍存在的翻译后修饰，通过蛋白水解和非蛋白水解机制调控广泛的细胞过程。该过程涉及以多种形式将泛素共价连接到靶蛋白上。单泛素化是将单个泛素分子添加到底物上，而多聚泛素化则涉及泛素链的形成，其中泛素分子通过其七个赖氨酸残基（K6、K11、K27、K29、K33、K48和K63）之一相互连接。
此外，泛素还可以通过其氨基末端甲硫氨酸残基（Met1）进行连接，形成线性泛素化，也称为Met1连接。线性泛素化由线性泛素链组装复合物（linear ubiquitin chain assembly complex, LUBAC）独特地催化，该复合物是一个多亚基E3泛素连接酶复合体，包含HOIP、HOIL-1和SHARPIN。与其他泛素修饰类似，线性泛素化是可逆的，并可被去泛素化酶（deubiquitinating enzymes, DUBs）拮抗，后者能够水解靶蛋白上的泛素链。
虽然众多DUBs调控其他类型的泛素化，但仅有少数对线性泛素链具有特异性，包括OTULIN和CYLD-SPATA2。OTULIN（也称为FAM105B或Gumby）是哺乳动物中主要的DUB，专门负责切割线性泛素链，因此在维持细胞过程中线性泛素化的平衡方面发挥着关键作用。
模式机理图（图片源自PNAS ）
线性泛素化在肿瘤坏死因子-α（TNF-α）信号通路中得到了最深入的研究，它在该通路中关键性地调控核因子κB（NF-κB）的激活、炎症和细胞死亡。NF-κB必需调节因子（NF-κB Essential Modulator, NEMO/IKKγ）上线性泛素链的积累促进了NF-κB的激活。
线性泛素化广泛调控不同类型的细胞死亡，例如细胞凋亡、坏死性凋亡、细胞焦亡和自噬。例如，在病毒感染期间的RIG-I诱导的细胞凋亡通路（RIG-I-induced pathway of apoptosis, RIPA）中，线性泛素化的干扰素调节因子3（IRF3）与Bax结合并转位至线粒体，促进细胞色素c释放，从而限制病毒感染。
受体相互作用蛋白1（RIP1）的线性泛素化调控细胞凋亡和坏死性凋亡。此外，据报道LUBAC可调控关键信号分子的激活，包括信号转导和转录激活因子1（STAT1）、STAT3以及干扰素基因刺激蛋白（STING）的激活等。这些已确立的作用凸显了线性泛素化在免疫应答、细胞死亡和细胞稳态中广泛的调控意义。尽管取得了这些进展，OTULIN在RNA病毒诱导的IFN-I信号传导中的具体功能仍有待阐明。
本研究鉴定出去泛素化酶OTULIN是RLR信号传导的负向调节因子。作者证明OTULIN或LUBAC组分与肿瘤坏死因子受体相关因子6（TRAF6）存在物理相互作用。在功能上，LUBAC催化TRAF6的线性泛素化，而OTULIN则逆转此修饰。
值得注意的是，TRAF6的线性泛素化有利于抗病毒天然免疫应答的充分激活。综上所述，该研究结果阐明了一种调控机制，即线性泛素化与去泛素化的拮抗作用精确校准了抗病毒免疫应答的强度。
原文链接：https://doi.org/10.1073/pnas.2517201123
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