CRTH2

J Hematol Oncol.(一) 类花生酸(Eicosanoid)信号通路：二十烷基硫酸酯信号通路在生理过程和病理过程中都起着关键作用，通过类花生酸将炎症与癌症联系起来。二十碳多不饱和脂肪酸(PUFAs)是由20碳多不饱和脂肪酸(PUFAs)氧化而成的具有高度生物活性的衍生物，可通过环氧合酶(COX)、脂氧合酶(LOX)和细胞色素P450途径产生。COX途径产生前列腺素(PGs)和血栓素A(TXs)，而LOX途径则产生白三烯(LTs)和脂氧素(LXs)。COX信号通路COX家族中，COX-2的表达会受到早期炎症(proinflammatory)的上调，并被发现和调控多种肿瘤的进展相关。在炎症反应的早期阶段，COX-2衍生的PG被认为具有促炎功能。前列腺素D2、前列腺素E2、前列腺素F2α、前列腺素I2和血栓素A2是通过COX通路衍生的五种关键 PG。COX/PEG2COX-2/CSK3β信号还和上皮-间充质转化有关，通过抑制GSK3β来促进E-钙粘蛋白、β-连环蛋白和p120连环蛋白的蛋白质稳定性。抑制COX-2可以下调E-钙黏蛋白导致细胞死亡。PGE2通过其两种E-前列腺素受体EP2和EP4提供信号传导来塑造DC功能。EP4调节CD80、CD86、CD83、MHC II等激活标志物上调以及IL-10和IL-23的产生，引导cDC2成熟，促进T细胞扩增，形成抑制性而非促炎性T细胞群富集。PGE2还可能通过E2调节NK细胞合成IFN-γ来诱导免疫抑制，从而促进肿瘤的发生。肿瘤来源的前列腺素E2(PGE2)介导MDSC分化和获得促肿瘤特征。在PGE2暴露期间，EP2/4联合阻断M-MDSCs可防止这些抑制特征的发生。双重 EP2/EP4 PGE2受体拮抗剂增加了肿瘤微环境淋巴细胞浸润，并显着降低了多种肿瘤模型中的疾病负担。前列腺素D2则是COX-2的另一种代谢物，可能在慢性炎症和癌症中发挥双重作用。PGD2与其受体PTGDR2之间的相互作用抑制了胃癌细胞的自我更新，并减弱了胃癌的生长和转移。脂氧合酶(LOX)信号通路LOX通路负责将花生四烯酸代谢为白三烯，包括白三烯A4(LTA4)、LTB4和LTD4等。炎症细胞(包括白细胞、巨噬细胞和肥大细胞)是白三烯的主要来源。抑制LTB4受体可抑制炎症相关肿瘤的进展，LTD4则在肝细胞癌和慢性乙型肝炎患者的循环中上调。LOX途径主要包括5-LOX、12-LOX和15-LOX。5-LOX在上皮性癌和淋巴瘤中高度表达，具有促血管生成和促肿瘤活性。12-LOX通过激活整合素连接的激酶/NF-κB途径来促进肿瘤的生长。而15-LOX的代谢产物被发现能增强肿瘤相关炎症，既有促肿瘤作用又有抗肿瘤作用。另一种由LOX衍生的类花生酸脂毒素(lipoxins， LXs)则具有抗肿瘤作用。在前列腺癌中，LXA4通过抑制METTL3和或FPR2/IRF4途径，以促进巨噬细胞M2样极化。LXA4对炎性巨噬细胞极化的抑制作用与p-NF-κB p65和IRF5活性的下调有关，从而降低了LPS诱导的M1巨噬细胞通过FPR2/IRF5信号通路的表型和功能极化。 J Hematol Oncol.(二)JAK/STAT信号通路STAT3在炎症反应和肿瘤进展中发挥着广泛的作用。多种生长因子和细胞因子参与典型的STAT3通路，调节细胞分化、血管生成和肿瘤形成。IL-6和STAT3是启动肿瘤的肠上皮细胞生存和增殖所必需的。此外，在设计肠道的肿瘤如前列腺癌中，肠道生物失调增加了肠道通透性，肿瘤内的内毒素通过NF-κB/IL 6/STAT3轴促进了肿瘤的进展。Int Immunopharmacol.影响JAK/STAT通路的药物种类复杂，包括植物化学物质、合成药物和生物分子等等。Int Immunopharmacol.(三)金属代谢铁和ROS氧化还原铁代谢失调是肿瘤细胞的一个重要标志，在肿瘤细胞中，恶性肿瘤细胞需要大量的铁来生存和增殖。细胞色素P450酶、一氧化氮合酶、NADPH氧化酶和脂氧合酶等铁依赖性酶参与ROS的产生。同时，谷胱甘肽过氧化物酶GPX4是一种铁死亡的中枢抑制剂，GPX4利用还原性谷胱甘肽将活性的PUFA-PL-OOH还原为非活性和非致死性的PUFA-PL-OH。抑制Gpx4可通过诱导铁性死亡而增强治疗的抗肿瘤效应。十年铁死亡：双向调控与药物开发锌和NF-κB通路锌与许多炎症性细胞因子的产生和信号传递有关。当对应激刺激做出急性反应时，血浆锌浓度迅速下降。人体的锌代谢与ZIP8等锌转运蛋白的活性密切相关。在感染过程中，激活的NF-κB增加ZIP8的表达，ZIP8定位于细胞膜并调节锌的摄取。锌抑制了IKKβ的活性，从而减弱了炎症反应。参考文献：1.Wang M, Chen S, He X, Yuan Y, Wei X. Targeting inflammation as cancer therapy. J Hematol Oncol. 2024 Mar 22;17(1):13. doi: 10.1186/s13045-024-01528-7.2.Balamurugan K,et al.Stabilization of E-cadherin adhesions by COX-2/GSK3β signaling is a targetable pathway in metastatic breast cancer. JCI Insight. 2023 Mar 22;8(6):e156057. doi: 10.1172/jci.insight.156057.3.Cuenca-Escalona J,et al.PGE2-EP4 signaling steers cDC2 maturation toward the induction of suppressive T-cell responses. Eur J Immunol. 2024 Mar;54(3):e2350770. doi: 10.1002/eji.202350770.4.Francica BJ,et al.Dual Blockade of EP2 and EP4 Signaling is Required for Optimal Immune Activation and Antitumor Activity Against Prostaglandin-Expressing Tumors. Cancer Res Commun. 2023 Aug 8;3(8):1486-1500. doi: 10.1158/2767-9764.CRC-23-0249.5.Yuan J, et al. Lipoxin A4 regulates M1/M2 macrophage polarization via FPR2-IRF pathway. Inflammopharmacology. 2022 Apr;30(2):487-498. doi: 10.1007/s10787-022-00942-y.6.Wang Y,et al. Deciphering JAK/STAT signaling pathway: A multifaceted approach to tumorigenesis, progression and therapeutic interventions. Int Immunopharmacol. 2024 Mar 22;131:111846. doi: 10.1016/j.intimp.2024.111846.·····

该研究首次证明了CHI3L1为NMOSD患者和小鼠模型中成体神经发生缺陷及认知功能障碍的关键分子。抑制NMOSD模型小鼠中的星形胶质细胞分泌CHI3L1可以明显促进成体海马神经发生，并改善认知功能的缺 近日，中山大学附属第三医院脑病中心邱伟/汤常永团队在国际知名期刊Science Advances发表了题为“CHI3L1 signaling impairs hippocampal neurogenesis and cognitive function in autoimmune-mediated neuroinflammation”的研究论文。该研究发现NMOSD患者血液和脑脊液中CHI3L1的表达水平显著升高，并与认知功能障碍相关评分存在相关性。 团队通过NMOSD细胞和动物模型及多种实验方法证实了患者来源或者小鼠来源的AQP4-IgG能够明显地激活星形胶质细胞释放大量炎症因子（包括CHI3L1），并且显著抑制海马神经干细胞的增殖分化，进而造成海马相关认知功能障碍。在星形胶质细胞中特异性敲除CHI3L1，可明显改善NMOSD动物模型小鼠认知功能。同时发现，CHI3L1通过与神经干细胞上CRTH2受体结合的机制抑制β-catenin信号通路，进一步导致神经发生异常和认知功能障碍。 视神经脊髓炎谱系疾病(neuromyelitis optica spectrum disorders，NMOSD)是我国最常见的一种免疫介导的中枢神经系统炎性脱髓鞘疾病。NMOSD患者复发率及致残率高，90%以上的患者呈现反复发作病程，随着对NMOSD认识的加深，NMOSD患者的认知障碍逐渐引起关注。评估NMOSD的认知障碍及其损伤机制、影像学表现及相关治疗理论知识仍极其缺乏。因此，深入研究NMOSD认知功能损害发生的病理生理机制及寻找认知障碍标志物，这将有利于尽早采取有效措施延缓NMOSD认知功能的下降，为NMOSD早期诊断及治疗提供帮助。 AQP4-IgG刺激星形胶质细胞释放多种炎症因子：该研究首先利用RT-qPCR验证了AQP4抗体（AQP4-IgG）可以诱导星形胶质细胞增加CHI3L1的表达。通过免疫荧光染色，进一步阐明了AQP4抗体可激活星形胶质细胞CHI3L1的表达，并导致AQP4表达降低及内化。转录组测序分析发现，AQP4-IgG刺激星形胶质细胞分泌大量的炎症因子（包括CHI3L1）（图1）。 图1：AQP4-IgG可以激活星形胶质细胞分泌炎性因子及CHI3L1 CHI3L1水平与海马认知功能相关性分析: 该研究还对NMOSD患者血清、脑脊液及脑活检病理切片进行了分析，证实NMOSD患者中CHI3L1水平明显升高；通过对海马影像学及相关认知功能评分分析，发现NMOSD患者认知功能下降可能与海马体积改变有关，左、右海马体积与血清中CHI3L1含量成一定负相关；经CHI3L1蛋白刺激后，神经干细胞（NSCs）的增殖和分化被显著抑制；而预先在AQP4-IgG刺激后的星形胶质细胞的条件培养基中加入CHI3L1中和抗体去除CHI3L1，则能够明显改善神经干细胞增殖和分化（图2）。 图2：CHI3L1的表达水平及与海马认知功能的相关性分析 注射AQP4-IgG导致成体神经发生缺陷及认知功能障碍：团队利用脑立体定位注射技术向海马注射AQP4-IgG ，4周后进行相关行为学实验。旷场实验中，注射AQP4-IgG组小鼠运动总路程及中央区域跨越次数均减少；在莫里斯水迷宫(MWM)中，AQP4-IgG组小鼠穿越目标象限的次数减少，寻找到平台所用时间更长。团队进一步将这些小鼠脑冰冻切片进行免疫荧光染色，发现EdU+增殖细胞、EdU+GFAP+Sox2+ 神经干细胞和EdU+GFAP-Sox2+ 前体细胞、BrdU+DCX+未成熟神经元和BrdU+NeuN+成熟神经元的细胞数量均较对照组减少（图3）。 图3：NMOSD海马局部注射小鼠模型中神经发生及认知功能的影响 特异性敲除星形胶质细胞中CHI3L1，可改善NMOSD模型小鼠海马神经发生缺陷及认知功能障碍：本研究进一步应用Chil1flox/flox小鼠，特异性敲除星形胶质细胞中CHI3L1，能够挽救NMOSD动物模型的海马神经发生缺陷及认知功能障碍（图4）。 图4：特异性敲除星形胶质细胞中CHI3L1可改善NMOSD神经发生缺陷及认知功能障碍 CHI3L1/CRTH2通过抑制β-catenin信号通路抑制NSCs增殖和分化：通过免疫荧光共标记发现，仅CRTH2在神经干细胞中表达。并发现CHI3L1蛋白刺激NSCs可以明显抑制β-catenin的表达，而利用表达shRNA的慢病毒敲除NSCs中CRTH2后，β-catenin的表达得到了明显恢复；同时发现，敲降CRTH2受体能够挽救CHI3L1对神经干细胞增殖分化的抑制作用。因此，调控CHI3L1/CRTH2/β-catenin信号通路可以改善NMOSD小鼠模型中神经干细胞增殖分化缺陷（图5）。 图5：CHI3L1抑制海马神经发生的相关受体及下游信号通路 该研究首次证明了CHI3L1为NMOSD患者和小鼠模型中成体神经发生缺陷及认知功能障碍的关键分子。抑制NMOSD模型小鼠中的星形胶质细胞分泌CHI3L1可以明显促进成体海马神经发生，并改善认知功能的缺陷；同时也证明了CHI3L1/CRTH2/β-catenin信号通路在NMOSD成体神经发生相关认知功能障碍中的重要作用。该研究结果不仅深入阐明了NMOSD相关认知功能障碍的新机制，也为改善神经系统自身免疫炎性疾病认知功能障碍提出新的研究靶点。 中山大学附属第三医院姜维博士后、祝帆科研助理、徐辉明博士为共同第一作者，中山大学附属第三医院邱伟教授、汤常永副研究员和美国布朗大学Alvin Huang教授为共同通讯作者。该研究得到了中山大学附属第三医院实验医学部韩晓燕主任、丘秀生、梁淑珍、蔡程程、陈雪芳和胡宇等管理员的支持和帮助。

该研究首先利用冷冻电镜技术方法获得了C3a结合C3aR，无配体结合的C3aR和C5a结合C5aR1分别偶联下游Gi蛋白异源三聚体的高分辨率复合体结构，结合大量突变研究结果，该团队解释了过敏毒素识别补体 补体是先天免疫系统的重要组成部分，对于防御微生物感染以及清除免疫复合物和受损细胞至关重要。补体激活过程除了产生攻膜复合物MAC（membrane-attack complex）杀灭病原菌发挥免疫防御之外，同时也产生多种活性物质发挥免疫调节功能，包括被称为过敏毒素的系列碱性肽，例如C3a和C5a。在功能上，过敏毒素既发挥固有免疫防御活性，又同时参与调控获得性免疫中T细胞活性等。 C3a和C5a是重要的炎症介质，两者虽然在氨基酸序列和结构上相似，但却分别特异性结合并激活细胞膜上不同的G蛋白偶联受体（G-protein coupled receptor, GPCR），C3aR和C5aR（C5aR1/ C5aR2）发挥生理功能。C3aR，C5aR1和C5aR2三种补体受体均属于Class A类GPCR，构成GPCR超家族中的补体受体亚家族。C5aR1（CD88）和C5aR2（C5L2或GPR77）为C5aR的两种亚型，二者均可被C5a以高亲和力结合并激活。C3aR和C5aR广泛分布在中性粒细胞和肥大细胞等免疫细胞中，其中，C3aR 与C5aR1 是典型的GPCR，被过敏毒素激活后通过活化G蛋白Gi/o介导下游信号通路，或者介导非G蛋白依赖的β-arrestin信号传导。作为趋化类GPCR，C5aR1与甲酰肽受体（FPRs）、趋化因子受体、白三烯B4受体（BLTRs）和前列腺素D2受体2 （CRTH2）等GPCR在进化上高度同源，共同构成一个Gi偶联的趋化因子受体亚家族，在固有免疫防御以及炎症发生和消除过程中发挥重要作用。与C3aR和C5aR1不同的是，C5aR2并不表现Gi蛋白偶联和信号活性，对β-arrestin信号存在天然的偏向性。 C3a轴和C5a轴信号传导构成补体系统免疫的重要组成部分，在炎症反应发生发展过程中扮演重要角色。过去近二十年的研究发现，补体系统的过度激活以及C3a轴和C5a轴信号通路异常与多种严重的急性或慢性炎症疾病的发生发展密切相关，包括败血症、类风湿性关节炎、哮喘和新冠病毒SARS-CoV-2引起的急性呼吸衰竭等。靶向调节C3a-C3aR和C5a-C5aR相互作用进而干预炎症反应的发生与进程展现出对这些疾病的巨大治疗潜力，同时也是科学研究和治疗炎症相关疾病药物开发的热点。2021年，FDA批准了首个靶向C5aR1的选择性抑制剂Avacopan用于抗中性粒细胞胞质自身抗体相关性血管炎。然而，过敏毒素C3a和C5a如何结合并激活其特异性受体介导信号传递的机制长期处于未知状态，严重制约了相关靶向药物发现进程。 2023年5月11日，中国科学院上海药物研究所徐华强研究员、庄友文副研究员在 Nature Chemical Biology 期刊发表了题为：Revealing the signaling of complement receptors C3aR and C5aR1 by anaphylatoxins 的研究论文。 该研究首先利用冷冻电镜技术方法获得了C3a结合C3aR，无配体结合的C3aR和C5a结合C5aR1分别偶联下游Gi蛋白异源三聚体的高分辨率复合体结构，结合大量突变研究结果，该团队解释了过敏毒素识别补体受体的独特作用机制，由配体结合口袋的拓扑特征介导的选择性机制，以及与趋化因子受体不同的作用模式等科学问题。 C3a 和C5a分别由77和74个氨基酸构成，且含三对分子内二硫键，该研究团队首先尝试了多种外源表达策略和优化手段，实现了具备高生物活性的重组过敏毒素蛋白分子的异源高表达和有效纯化。C3aR的第二个胞外环ECL2具有172个氨基酸，C3aR和C5aR1分别含有多个酪氨酸磺酸化翻译后修饰，这些结构特征赋予了该受体家族难表达、不稳定的特性。该研究团队前期经过大量摸索，包括标签筛选、组装方式、去垢剂优化等技术手段，最终克服了过敏毒素-补体受体复合物不稳定和冷冻电镜样品难进孔等技术难题，获得了分辨率为2.9-3.2Å的电镜结构。 研究发现，C3a 和C5a均以羧基端（C端）插入正构结合口袋的方式识别补体受体，这与趋化因子和甲酰肽等其他多肽趋化类炎症介质以氨基端（N端）插入的方式识别受体的模式不同（甲酰肽受体FPRs能模式化识别含甲酰化甲硫氨酸标记的甲酰肽，参与固有免疫防御和活性调节。研究团队前期报道了甲酰肽受体FPR1和FPR2在甲酰肽和其他多肽炎症分子等激活下的系列结构，揭示了FPRs识别甲酰肽等的保守分子模式和潜在的激活机理等）。结构表明，C3a和C5a的C末端loop区均以“Hook”构象将之锚定到受体的正性结合口袋，并且构成与受体互作的主要界面。该团队通过结构分析，将C3a和C3aR的结合分为两个部分，分别为正性结合口袋和胞外结合域，即“两位点模型”。然而，C5a在此基础上多了与C5aR1的N末端的相互作用，即“三位点模型”，更类似于趋化因子与趋化因子受体的识别模式。C5a与C5aR1的N末端的直接相互作用促使了整个C5a的α螺旋核心区域相对于C3a在C3aR的结合模式偏转了约84°。相比之下，C5a在C5aR1的结合口袋大小比C3a在C3aR中的高出了447 ų。 C3a和C5a的C端序列，尤其是C末端的精氨酸，对于两者激活各自受体至关重要。该研究结合大量受体和配体的突变功能实验结果，发现C3a 和C5a的C末端精氨酸的侧链插入到补体受体TM6/7附近保守的带负电结合口袋，与受体的D7.35形成静电作用，并与Y6.51形成阳离子-π相互作用，这对补体受体的识别和激活至关重要。通过C3a和C5a的C末端氨基酸互换，发现C3a的C末端对完全激活C3aR具有不可替代性，而C5a的C末端替换为C3a相应的氨基酸（长度为5个氨基酸），依然可以完全激活C5aR1，将替换长度增加为10个氨基酸，则减弱1000倍的亲和力，揭示了C5aR1的胞外端对识别C5a极为关键。 这些结果共同阐述了过敏毒素C3a 和C5a保守的分子识别模式，以及各自的受体选择性拓扑结构决定因素，为靶向补体受体C3aR和C5aR1的药物研发提供了结构和功能基础，同时，完善并深化了我们对补体系统信号传导分子机制的认识。