E3泛素连接酶CUL2在中枢神经系统自身免疫性疾病中的调控作用及其机制研究

Ubiquitination has a tightly connection with the regulation of immune system, and E3 ubiquitin ligases may have regulatory effects on immune responses. However, the regulatory effects of E3 ubiquitin ligase CUL2 on the effector cells' function in autoimmune diseases was not reported in previous literatures. Previous results showed that cul2 gene was downregulated in PBMC derived from MS patients when compared with healthy controls. And the result of ubiquitination pathway gene-expression profiling indicated that cul2 was predominately expressed in CD4+ T cells, and downregulated after activation. Based on the results, we are sought to resolved three fundamental scientific issues: 1) To study the tissue and cell-specific expression of cul2 gene, and the effects of cul2 gene expression on CD4+ T cells’ development and function. 2) To investigate the effects of abnormal cul2 gene expression on the pathology of CNS autoimmune diseases using EAE mice. 3) To explore the potential molecular mechanism underlying the regulatory effect of CUL2 on CD4+ T cells and related immune regulatory pathway. The outcome of this project can give a new insight on the regulation of CUL2 on immune responses, and may provide new target for the therapy of CNS autoimmune diseases.

泛素化修饰在免疫系统功能调节中具有重要作用，特别是E3泛素连接酶可能对免疫应答具有调控作用，而E3连接酶CUL2对自身免疫性疾病的效应性细胞的调节作用还未见文献报道。前期实验结果证实，与健康对照相比，MS患者外周血单核细胞中cul2基因表达减低，特别是基因表达谱分析表明cul2基因在CD4+ T细胞中呈优势表达，而激活后cul2基因下调。基于以上实验结果，本课题拟解决以下科学问题：1）分析cul2基因在外周免疫细胞的表达特异性，以及其对CD4+ T细胞分化、发育及功能的影响；２）利用EAE小鼠模型研究cul2基因表达异常对疾病临床及病理的影响；３）阐明E3连接酶CUL2调控CD4+ T细胞的分子通路及相关免疫调节机制。本课题将通过探索E3泛素连接酶CUL2与免疫细胞功能调控的关系及其潜在分子机制，为更好地理解中枢神经系统自身免疫性疾病的发病机制奠定基础，并可能为开新的治疗策略提供潜在靶点。

中枢神经系统自身免疫性疾病及脑血管病后的神经炎症损伤，是造成人群致残、致死的重要因素。多发性硬化（MS）作为经典的中枢神经系统自身免疫性疾病，主要由活化 CD4+ T 细胞介导中枢神经损伤，其反复发作具有较高的致残率。急性脑血管病后中枢固有免疫细胞活化及外周免疫细胞浸润引发免疫炎症损伤，是加重神经功能缺损的重要因素。控制过度的免疫应答诱导自身免疫耐受、维持免疫稳态，对治疗自身免疫性疾病具有重要意义。因而本研究首先以CD4+T细胞为切入点，开展研究：1）我们利用基因芯片对MS患者和健康志愿者的外周血单核细胞表达谱进行KEGG分析，发现mTOR信号通路中关键蛋白DDIT4及lncDDIT4在MS患者中表达增高，尤其在Th17细胞亚群中表达上调，说明其可能与CD4+ T细胞向Th17细胞极化过程相关；2）利用腺病毒作为工具，通过体外实验对上述结果进行验证，提示DDIT4和lncDDIT4过表达能够抑制CD4+ T细胞向Th17细胞极化。以上实验说明：lncDDIT4可能通过抑制mTOR信号通路关键蛋白mTOR及其底物p70S6K和4EBP1的磷酸化，作用于DDIT4，进而抑制CD4+ T细胞向Th17细胞极化。除此之外，我们还对小胶质细胞中锌指蛋白结合框1（Zinc finger E-box-binding homeobox 1, ZEB1）在急性缺血性脑卒中后炎症损伤过程中的作用进行了研究。实验结果提示：（1）缺血性脑卒中小鼠模型（tMCAO）中，缺血侧脑半球中ZEB1表达上调，ZEB1主要在小胶质细胞中高表达；（2）利用小胶质细胞特异性敲除或过表达的转基因小鼠构建缺血性脑卒中小鼠模型，发现ZEB1能够影响小胶质细胞的形态发育，ZEB1过表达将抑制小胶质细胞激活；（3）ZEB1对小胶质细胞免疫相关基因表达具有显著影响，进而改变小胶质细胞的可塑性；（4）小胶质细胞特异性过表达ZEB1可能是通过TGF-BRII信号通路抑制星形胶质细胞分泌中性粒细胞趋化因子CXCL1，抑制脑卒中后中性粒细胞向中枢迁移。上述研究结果提示调控CD4+T细胞以及中枢固有小胶质细胞可能为改善中枢神经系统免疫炎症损伤，进而减轻神经功能缺损具有重要意义，为靶向免疫细胞的神经炎性疾病治疗提供依据。在本研究支持下发表SCI文章共23篇（见附件）。