厦门大学揭示Setdb1缺失激活ERV RNA-ZBP1通路导致肠道炎症的新机制

坏死性凋亡（necroptosis）是一种程序性细胞死亡方式，在炎症性疾病中扮演重要角色。厦门大学莫玮教授课题组和韩家淮院士课题组合作，发现表观遗传调控因子Setdb1缺失会激活内源性逆转录病毒（ERV），产生的ERV RNA作为死亡信号结合并激活ZBP1，从而启动坏死样凋亡，导致肠道干细胞死亡和自发性炎症。该研究揭示了IBD（炎性肠道疾病）发病的新机制，为靶向治疗提供了新思路。

坏死性凋亡（necroptosis）是一种受调控的细胞坏死，在炎症性疾病中扮演重要角色。坏死性凋亡的信号通路依赖于受体相互作用蛋白激酶1和3（RIP1和RIP3）以及混合谱系激酶样蛋白（MLKL）。RIP1和RIP3通过RHIM结构域相互作用。除了RIP1和RIP3，Z-DNA结合蛋白1（ZBP1）也含有RHIM结构域，可以激活坏死性凋亡。在病毒感染的情况下，比如流感病毒（IAV），ZBP1可以被病毒Z-RNA激活，起始坏死性凋亡。但是在非感染的情况下，ZBP1介导的坏死性凋亡只有在RIP1 RHIM结构域突变的小鼠上发现，其生物学意义和机制仍是未知。

厦门大学莫玮教授课题组和韩家淮院士课题组合作，在2020年3月17号的Cell杂志上发表文章，揭示了在非感染情况下ZBP1介导坏死性凋亡的机制。他们发现表观遗传调控因子Setdb1（SET domain bifurcated 1）的缺失会激活内源性逆转录病毒（ERV），导致ERV RNA大量积累。这些ERV RNA作为死亡信号，结合并激活ZBP1，从而启动坏死样凋亡，导致肠道干细胞死亡。

研究人员通过构建Setdb1敲除小鼠模型，发现小鼠肠道出现自发性炎症。进一步研究发现，只有敲除坏死样凋亡（necroptosis）通路中的RIP3或MLKL，才能阻止肠道干细胞的死亡。经典的坏死通路的信号来自于细胞外的肿瘤坏死因子（TNF）并依赖于RIP1的激酶活性。但是在离体类器官（organoid）培养中， RIP1激酶抑制剂并不能抑制Setdb1敲除organoid的解体排除经典坏死通路的可能性。

在坏死样凋亡中，RIP1和RIP3，RIP3和RIP3间通过两者共有的RHIM结构域相互结合。ZBP1是另外一个具有RHIM结构域的蛋白。之前的工作发现少数病毒，比如流感病毒IAV，小鼠巨细胞病毒（MCMV）可以通过ZBP1激活坏死。在非感染情况下，ZBP1介导的坏死只有在RIP1 RHIM结构域突变的小鼠上发现¹¹，但是其生物学意义和机制仍是未知。3月17号的cell杂志报道了IAV激活ZBP1起始坏死的具体机制。Siddharth课题组发现 IAV产生的ZRNA是促发坏死的死亡信号¹²。 本文作者通过对转录组的KEGG分析，发现在Setdb1敲除的肠干细胞中，有大量类病毒的积累。通过对结合在ZBP1上的核酸进行测序分析，发现这些核酸是ERV RNA。ZBP1的N端有结合核酸的结构域，如果将此结构域剔除，Setdb1敲除导致的肠干细胞死亡可被抑制。由此，作者认为，Setdb1的缺失使得ERV重新活跃，破坏了基因组的稳定性，大量积累的ERV RNA作为死亡信号，结合并激活ZBP1启动坏死样凋亡。

不论通过小分子化合物，还是遗传上删除Zbp1抑制坏死样凋亡都能够消除小鼠肠道自发性炎症，这样的结果证明了ZBP1介导的坏死在非感染性炎症中重要病理作用。此外，通过与浙医二院，福医大附一院和中山六院的合作，在获取的IBD病人的病理样品和活检样品中发现SETDB1下调，ZBP1上调，基因组的不稳定性发生以及细胞程序性坏死激活等证据，为研究成果的转化提供了扎实的基础。该研究提出内源性的逆转录病毒是IBD自发性炎症的来源，为IBD的成因提出一个新的机制，为靶向治疗炎性肠道疾病提供了一个新的思路。

莫玮教授课题组博士研究生王瑞聪、李洪达、蔡治煜和韩家淮院士课题组吴剑锋助理教授为该论文共同第一作者；莫玮教授和韩家淮院士为该论文共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金和厦门大学校长基金等基金的资助，在厦门大学完成。

文章链接：https://www.nature.com/articles/s41586-020-2127-x

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（生命科学学院投稿）