清華新聞網(wǎng)8月1日電 7月30日，《自然》（Nature）雜志在線(xiàn)發(fā)表了清華大學(xué)生物醫(yī)學(xué)交叉研究院徐墨課題組、中國(guó)科學(xué)院（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“中科院”）生物物理所高璞課題組、清華生物醫(yī)學(xué)交叉研究院邵峰課題組合作完成的題為“上皮細(xì)胞膜穿孔誘發(fā)過(guò)敏性氣道炎癥”（Epithelial cell membrane perforation induces allergic airway inflammation）的研究論文。該研究發(fā)現(xiàn)，在呼吸道上皮細(xì)胞膜上形成跨膜孔洞的活性，作為一種普適的二型免疫刺激，存在于多種過(guò)敏原中，此活性通過(guò)誘導(dǎo)鈣離子內(nèi)流和IL-33釋放，激活下游過(guò)敏反應(yīng)。這項(xiàng)研究揭示了過(guò)敏原誘導(dǎo)免疫應(yīng)答的共通分子機(jī)制，填補(bǔ)了長(zhǎng)期懸而未決的二型先天免疫識(shí)別知識(shí)缺口，拓展了對(duì)過(guò)敏發(fā)生機(jī)制的基礎(chǔ)認(rèn)識(shí)。
免疫系統(tǒng)分三型應(yīng)對(duì)入侵：一型清除胞內(nèi)病原體（依賴(lài)NK細(xì)胞等），二型防御多細(xì)胞寄生蟲(chóng)及介導(dǎo)過(guò)敏（依賴(lài)ILC2等），三型抵御胞外細(xì)菌/真菌（依賴(lài)ILC3等）。20世紀(jì)90年代“模式識(shí)別”假說(shuō)及后續(xù)研究揭示了一型、三型免疫的先天識(shí)別機(jī)制，但二型免疫的識(shí)別機(jī)制長(zhǎng)期空白——多樣的刺激物（如過(guò)敏原、寄生蟲(chóng)）如何被共同識(shí)別，宿主又通過(guò)何種機(jī)制感知，均不明確。本研究即針對(duì)這一核心問(wèn)題展開(kāi)。
為探索二型免疫先天識(shí)別機(jī)制，徐墨實(shí)驗(yàn)室建立體外細(xì)胞培養(yǎng)體系，旨在模擬過(guò)敏原/寄生蟲(chóng)誘導(dǎo)先天免疫的早期過(guò)程。該體系用于：（1）從復(fù)雜刺激物中追蹤純化活性成分；（2）通過(guò)CRISPR篩選尋找宿主識(shí)別受體和信號(hào)通路。
團(tuán)隊(duì)篩選多種二型免疫刺激物作用于不同屏障細(xì)胞系，發(fā)現(xiàn)霉菌過(guò)敏原鏈格孢菌（Alternaria alternata）能在肺上皮細(xì)胞系和小鼠呼吸道誘導(dǎo)相同的早期反應(yīng)（IL-33釋放、MAPK激活、炎癥因子表達(dá)），證明體外體系成功重建體內(nèi)過(guò)程。
圖1.Aeg-S與Aeg-L是鏈格孢菌（A. alternata）的核心免疫激活成分的鑒定
鏈格孢菌是一種植物寄生真菌，廣泛分布于全球各地，夏秋季節(jié)其孢子隨空氣傳播，成為常見(jiàn)的呼吸道敏原。據(jù)流行病學(xué)研究，在某些地區(qū)，該霉菌可能與超過(guò)20%的季節(jié)性呼吸道過(guò)敏病例有關(guān)。
以鏈格孢菌提取物為起點(diǎn)，經(jīng)活性追蹤純化，研究團(tuán)隊(duì)鑒定出核心活性組分為兩個(gè)蛋白：16.5kDa的Aeg-S（aegerolysin家族）和55kDa的Aeg-L（含MACPF結(jié)構(gòu)域）。它們協(xié)同形成二元穿孔毒素。這類(lèi)系統(tǒng)在主要真菌過(guò)敏原屬（鏈格孢菌、曲霉、青霉）中保守存在。
高璞團(tuán)隊(duì)通過(guò)冷凍電鏡解析了Aeg-S/Aeg-L復(fù)合物結(jié)構(gòu)。它們結(jié)合富含鞘磷脂和膽固醇的膜，協(xié)同組裝成大型環(huán)狀跨膜孔道（如18聚體：外徑~23.2nm,內(nèi)徑~9.2nm），揭示了膜穿孔的分子機(jī)制。
圖2.Aeg-S與Aeg-L（Aeg-S/L）孔道復(fù)合物的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)解析
體外研究表明，Aeg-S/Aeg-L介導(dǎo)的膜穿孔通過(guò)兩條途徑激活二型免疫：（1）誘導(dǎo)IL-33釋放；（2）引發(fā)鈣離子內(nèi)流，進(jìn)而激活MAPK通路，驅(qū)動(dòng)炎癥基因表達(dá)。鈣內(nèi)流是MAPK激活的前提。ATP等警報(bào)素也被釋放。
Aeg-S與Aeg-L重組蛋白聯(lián)合滴鼻可強(qiáng)烈誘導(dǎo)小鼠呼吸道過(guò)敏（早期應(yīng)答及典型炎癥：嗜酸粒浸潤(rùn)、Th2積累、IgE升高），單獨(dú)使用無(wú)效。與LPS對(duì)比顯示，它們專(zhuān)一誘導(dǎo)Th2/IgE反應(yīng)，而非Th1/Th17反應(yīng)。
敲除鏈格孢菌的`aegs`或`aegl`基因后，其提取物失去致敏能力（無(wú)Th2積聚、嗜酸粒浸潤(rùn)、IgE升高）。回補(bǔ)相應(yīng)重組蛋白可恢復(fù)致敏能力，證明Aeg-S/Aeg-L協(xié)同成孔是該真菌的核心致敏機(jī)制。
研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，多種來(lái)源、結(jié)構(gòu)和機(jī)制各異的穿孔毒素（PFTs，來(lái)自黑曲霉、?？?、蚯蚓、蘑菇、細(xì)菌等），盡管形成孔徑不同（~3-45nm），均能通過(guò)滴鼻誘導(dǎo)小鼠呼吸道過(guò)敏。這表明呼吸道上皮細(xì)胞膜穿孔是二型免疫識(shí)別的共通“危險(xiǎn)特征”。
綜上所述，本研究闡明了鏈格孢菌通過(guò)Aeg-S/Aeg-L協(xié)同穿孔激活二型免疫的機(jī)制。更重要的是，發(fā)現(xiàn)多種PFTs均可通過(guò)類(lèi)似機(jī)制誘導(dǎo)過(guò)敏，提示“細(xì)胞膜穿孔”是引發(fā)二型免疫應(yīng)答的共通信號(hào)。這為理解二型免疫先天識(shí)別提供了新認(rèn)知：不同于一型/三型免疫識(shí)別特定分子模式，二型免疫可能更傾向于感知組織損傷（如膜穿孔）。該發(fā)現(xiàn)提出了組織微環(huán)境影響免疫結(jié)局的新問(wèn)題，并為研究二型免疫早期過(guò)程提供了新工具。
北京生命科學(xué)研究所/清華大學(xué)生物醫(yī)學(xué)交叉研究院徐墨研究員、中科院生物物理研究所高璞研究員為本論文的共同通訊作者，邵峰研究員為研究提供了關(guān)鍵支持。徐墨實(shí)驗(yàn)室的畢業(yè)生史可見(jiàn)博士、博士研究生呂垚，高璞實(shí)驗(yàn)室的趙春秋博士為論文的共同第一作者。邵峰實(shí)驗(yàn)室的曾歡博士、徐墨實(shí)驗(yàn)室技術(shù)員王葉瓊為研究作出了重要貢獻(xiàn)。本論文的其他作者包括劉宇璇、李琳和陳涉博士。北京生命科學(xué)研究所/清華大學(xué)生物醫(yī)學(xué)交叉研究院的影像中心、蛋白質(zhì)中心，以及中科院生物物理研究所的生物影像與蛋白質(zhì)科學(xué)公共平臺(tái)為本研究提供了支持。本研究在北京生命科學(xué)研究所和中科院生物物理研究所完成，得到了北京市科委前沿創(chuàng)新培育項(xiàng)目（Z201100005320011,Z211100003321008,Z221100003422014，資助人：徐墨）、國(guó)家自然科學(xué)基金（32325028和32130057，資助人：高璞）以及北京生命科學(xué)研究所/清華大學(xué)生物醫(yī)學(xué)交叉研究院的資助。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41586-025-09331-1
