“物流”决定命运:细胞如何精准投递“病毒警报器”?浙大团队《Nature Communications》揭示先天免疫新机制
栏目:专题    日期:2026-01-23    来源:admin

细胞就像一个高度智能化的物流中心,每一个蛋白质都是等待派送的包裹,其目的地决定了它的功能与命运。当病毒入侵,一个名为TLR3的“病毒警报器”必须被准确投递到细胞内的“海关安检站”——内溶酶体,才能拉响警报,启动免疫反应。这个关键的“投递”过程是如何被精准调控的?一直以来都是个谜。近日,浙江大学梁廷波/季业伟团队与罗渊团队在《Nature Communications》上发表重磅研究,揭开了这个谜底的一角。



免疫“哨兵”TLR3

在细胞防御病毒入侵的第一道战线——先天免疫系统中,Toll样受体3(TLR3)扮演着至关重要的角色。它专职识别病毒复制过程中产生的双链RNA(dsRNA),是名副其实的“病毒警报器”。

然而,这位“哨兵”并非在细胞表面站岗,而是在细胞内部的内溶酶体(endolysosomes)这个“安检站”里执行任务。TLR3首先在内质网(ER)中合成,随后经过高尔基体的“分拣中心”,最终被运输到内溶酶体后才会被特定的蛋白酶“激活”,从而具备识别病毒RNA并启动下游炎症信号通路的能力。

这种“隔离激活”的策略既能确保TLR3高效检测被细胞吞入的病毒,又能避免它接触到细胞自身的核酸,防止自身免疫反应。因此,TLR3能否准时、准确地“到站”,直接决定了机体抗病毒免疫反应的强弱。

多年来,科学家们知道TLR3需要UNC93B1等“伴侣蛋白”陪伴旅行,但对于其运输途中是否有“物流标签”以及谁是“贴标员”,却知之甚少。



非典型“贴标员”HRD1

研究的突破口,来自一个看似“不务正业”的蛋白质——HRD1。

HRD1是内质网相关降解(ERAD)通路的核心E3泛素连接酶。它的工作是给错误折叠或多余的蛋白质贴上“泛素”标签,将其标记为“瑕疵品”,送往蛋白酶体销毁,是细胞重要的“质检员”和“清道夫”。

梁廷波/季业伟团队此前的研究发现,HRD1作为“清道夫”,能负向调控另一个先天免疫信号蛋白STING的丰度。在本研究中,他们最初也希望在巨噬细胞中系统寻找HRD1的降解靶标。然而,通过免疫共沉淀结合质谱分析发现:HRD1与处于ER中的TLR3存在强烈相互作用。

更引人注目的是,当用病毒RNA模拟物poly(I:C)刺激细胞激活TLR3通路时,HRD1与TLR3的结合显著增强,HRD1自身的蛋白水平也上升了。这暗示,HRD1可能在TLR3信号传导中扮演着某种角色。



HRD1如何成为免疫信号的“加速器”?

接下来的实验验证了这种猜测。在HRD1缺陷的巨噬细胞中,poly(I:C)刺激引发的下游信号(如TBK1、IRF3、NF-κB的磷酸化)大幅减弱,炎症因子(TNF-α, IL-6, IFN-β)的产生也严重受损。相反,过表达HRD1则能增强这些反应。这表明,HRD1是TLR3信号通路的正向调控因子

这与HRD1作为降解性E3泛素连接酶的“人设”大相径庭。它没有降解TLR3,反而促进了其信号传导。那么,HRD1是如何做到的呢?

研究团队提出了一个关键假设:HRD1可能通过泛素化修饰TLR3,但这个修饰不是为了降解,而是为了给它贴上一种“运输标签”,指导其正确转运。



揭秘“物流停滞”的真相

为了验证这个假设,研究人员需要像查看“物流轨迹”一样,精确追踪TLR3在细胞内的实时位置。这正是本研究的核心技术环节,也是机制得以阐明的基础。

他们采用了 双线验证法”

  1. 免疫荧光共定位:在显微镜下直接观察TLR3蛋白与ER、高尔基体、内体、溶酶体等细胞器标志物在空间上是否共处一室。

  2. 细胞器生化分离与蛋白质印迹分析:研究团队使用了 Invent Biotechnologies 公司提供的 ER富集试剂盒(Cat#ER-036)、高尔基体富集试剂盒(Cat#GO-037)和内体分离试剂盒(Cat#ED-028),从细胞中分离出这些关键的亚细胞结构进行WB验证。

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    Fig1


  • 从野生型和 Hrd1-/- 缺陷的HEK293T细胞中分离出内质网(ER)、高尔基体(Golgi)和内体(Endosome),然后通过Western Blot检测这些细胞器组分中TLR3蛋白的含量。

  • 核心发现: 在 Hrd1-/- 细胞中,TLR3在内体 组分中的含量显著低于野生型细胞,而在ER和高尔基体中的含量没有明显差异。

  • 结论:这一结果直接证明HRD1的缺失导致“物流堵塞”,特异性阻碍了TLR3从高尔基体转运至内体,而非影响其合成或早期转运。 TLR3这个“包裹”被滞留在“分拣中心”,无法送达最终“派送点”。这为“HRD1调控TLR3转运”提供了最关键的细胞器水平生化证据。



K813位点的泛素化就是“派送条形码”

那么,HRD1是如何给TLR3贴上“运输标签”的呢?答案就是泛素化

研究人员证实,HRD1确实能催化TLR3发生泛素化,且这种修饰在TLR3被激活时增强。进一步研究发现,TLR3胞内区第813位的赖氨酸(K813)是HRD1进行泛素化的关键位点。HRD1在此处主要添加K48和K63两种链型的泛素链。

这个泛素化标签有何作用?它就像一个被ESCRT(内体分选转运复合体)机器识别的“派送条形码”。实验证明,HRD1对TLR3 K813的泛素化,是TLR3与ESCRT关键组分(HRS, TSG101, VPS36)结合的前提。ESCRT复合物如同物流中心的智能分拣机器人,识别了这个“条形码”后,便将TLR3包裹进运输囊泡,定向投递至内体/溶酶体。

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Fig2


  • 从稳定表达野生型TLR3或K813R突变型TLR3的MEF细胞中,分离出内质网、高尔基体和内体,检测TLR3的分布。

  • 核心发现: 与Fig1一致,K813R突变体TLR3在内体 组分中的含量(包括未裂解和已裂解的形式)显著低于野生型。

  • 结论: 这一结果将上游的分子事件(K813位点泛素化) 与下游的细胞生物学表型(内体转运缺陷) 直接联系起来。证明HRD1对TLR3 K813的泛素化,是其被正确分选到内体的必要条件



体内验证与深远意义

研究的最后,团队通过小鼠模型进行了体内验证。使用HRD1特异性抑制剂LS-102处理,或利用基因编辑技术构建TLR3 K813R(泛素化位点失活)点突变小鼠,都能显著减轻poly(I:C)引发的全身性炎症风暴和组织损伤,降低死亡率。这强有力地证明了HRD1-TLR3 K813泛素化轴在生理和病理过程中的关键作用

这项研究颠覆了人们对HRD1仅作为“降解者”的认知,揭示了其作为“运输调度员”的全新功能。它阐明了ER中一个简单的泛素化修饰,如何通过ESCRT机器的解读,最终决定了一个重要免疫受体能否到达其功能岗位,从而精准调控整个先天免疫反应的强度。

从更广阔的视角看,这项工作为理解免疫受体的时空调控提供了新范式,也为开发针对TLR3相关疾病(如病毒感染、自身免疫病、癌症免疫治疗)的新型药物提供了潜在的靶点。 例如,在需要增强抗病毒免疫时,或许可以设计激动HRD1活性的分子;而在TLR3过度激活导致炎症损伤时,其抑制剂则可能带来治疗希望。



结语

细胞内的物流系统之精密,远超人类最先进的快递网络。每一个蛋白质包裹上的微小“标签”,都决定着细胞乃至整个机体的命运。浙江大学团队的这项研究,不仅解码了TLR3这个关键“警报器”的派送指令,更向我们展示了基础科学研究如何通过层层深入的机制挖掘——从分子互作,到细胞器水平的定位验证,再到整体动物模型——最终揭开生命现象背后的根本规律。在这一探索过程中, Invent Biotechnologies提供的专业细胞器分离工具,帮助研究者避免细胞器交叉污染,精准获取目标组分,从而对目标蛋白进行精确定量。在细胞生物学机制研究中,获得纯净的细胞器组分是连接分子事件与细胞功能的桥梁,其可靠性直接决定了结论的严谨性,是科学家们洞悉微观世界不可或缺的“眼睛”和“双手”。



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参考文献:

Lian‐Feng Zhao; Zinan He; Yao Sun; Mengqi Sun; Zheyi Liu; et al.(2025).Ubiquitination by HRD1 is essential for TLR3 trafficking and its innate immune signaling.Nature Communications.DOI 10.1038/s41467-025-67219-0

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