近日，我校唐仲英醫學研究院王建榮團隊在美國雜志《臨床研究》（Journal of Clinical Investigation, JCI）上發表了題為“Beclin1 prevents ISG15-mediated cytokine storms to secure fetal hematopoiesis and survival”的研究論文，發現之前被認為哺乳類細胞自噬機器中關鍵調控蛋白Beclin1，以不依賴于自噬途徑方式在胚胎造血器官中管控ISG15介導的細胞因子風暴，從而維護胚胎造血安全。
胚胎發育在形成骨骼之前，歷經胚外卵黃囊、主動脈—性腺—中腎區、肝臟等部位造血。胚胎的造血細胞在進入骨髓獲得骨骼庇護屏障前經受相對多的應激，尤其是在活躍的胎肝造血階段造血細胞存在更高的應激風險。ISG15是干擾素刺激基因15編碼的一種類泛素化蛋白分子，其一旦表達即可通過酶級聯反應共價結合到下游數百個靶蛋白上，促發體內持續增強的炎癥因子風暴。ISG15過度激活炎癥反應和無差別攻擊組織器官，可導致臟器損傷、衰竭，甚至急性死亡。因此，ISG15被稱為炎癥放大器，猶如埋伏于體內的“炸彈”，既可消滅入侵病原，也可傷已。但是，關于機體如何管控體內這枚“炸彈”不發生誤爆，至今未明。
該研究中，作者首先運用基因打靶等技術構建了造血系統Beclin1組成型缺失的小鼠模型，發現Beclin1缺失的小鼠全部死于圍產期，胎兒外周血中炎性細胞增加。作者運用血液學研究手段分析小鼠胎兒主要造血器官肝臟，發現Beclin1的缺失導致胎肝造血細胞功能失調和耗竭，表明Beclin1對于維持胚胎造血和存活至關重要。胎肝造血細胞的微量轉錄組學及微量蛋白組學聯合分析和實驗驗證表明，在Beclin1缺失的小鼠胎肝造血細胞中ISG15的表達異常升高，炎癥信號被顯著激活。隨后作者在Beclin1缺失的胚胎造血細胞中沉默ISG15，能部分挽救造血細胞的造血功能，降低炎癥水平。
作者運用分子生物學手段研究發現，胎肝造血細胞中信號傳導及轉錄激活蛋白3（STAT3）是ISG15基因的轉錄因子，抑制STAT3活性可以挽救Beclin1缺失的胎肝造血細胞功能。作者進而運用生化、細胞學實驗和分子對接分析發現胚胎造血組織中Beclin1通過其序列進化保守域（ECD）與STAT3分子結合，其中涉及6個氫鍵互作和3個鹽橋互作，以抑制STAT3磷酸化激活，進而阻止其作為轉錄因子進入細胞核，從而阻止STAT3激活ISG15轉錄表達及其下游級聯修飾引發的炎癥反應，由此保護胚胎造血細胞免受炎癥反應攻擊，維護胚胎正常造血和發育?；诘鞍组g對接預測模型HDOCK分析提示人中Beclin1與STAT3也存在類似互作。
盡管自噬研究領域內普遍認為Beclin1通過自噬途徑發揮生物學作用，但本研究發現，雖然Beclin1缺失影響胎肝造血細胞自噬，但Beclin1對STAT3-ISG15信號轉導軸的控制在自噬功能受損的胎兒造血器官中仍然有效，表明胎肝造血器官中Beclin1對STAT3-ISG15信號轉導的調控作用獨立于細胞自噬途徑。
該研究成果拓展了以往以為只有免疫細胞才能產生細胞因子風暴的認知。因為該研究發現胚胎發育過程中造血細胞也能發生細胞因子風暴，一旦Beclin1缺失，即可促發ISG15介導的細胞因子風暴而導致造血細胞死亡、造血失敗，進而導致胚胎死亡。領域內之前還認為，ISG15基因必須通過干擾素信號途徑作用才能被激活，且必須由蛋白激酶JAK1、TYK2和信號轉導及轉錄激活因子STAT1和STAT2參與，才能激活ISG15基因及其介導的下游炎癥反應。該研究則發現，ISG15盡管之前被命名為干擾素激活基因，但ISG15基因在胚胎造血系統中的激活并不一定需要干擾素途徑的激活，只要Beclin1失去對STAT3的結合能力或失去對STAT3的蛋白修飾管控，ISG15即可發生表達，繼而誘發細胞因子風暴，而功能挽救實驗可以逆轉這一風險，由此揭示了胚胎中Beclin1管控ISG15“誤爆”的分子途徑。
該團隊之前研究還發現，兒童淋系白血病患者Beclin1基因轉錄后發生mRNA剪接錯誤，產生缺失第11號外顯子的功能異常Beclin1蛋白（PMID: 24716949），并發現Beclin1是放射超敏蛋白，極易受放射誘導發生降解，加劇放射誘導的急性炎癥反應，故Beclin1是應對放射損傷的可操縱靶點（發明專利ZL201910596322.X）。這些發現和發明對于理解胚胎妊娠失敗和兒童白血病病因的早期溯源、監測，以及對于以Beclin1為靶點保護胚胎造血發育以預防白血病萌發，乃至通過正反向干預Beclin1以期實現輻射防護或腫瘤放療致敏，具有重要的理論意義和臨床應用前景。
蘇州大學是本論文的唯一作者單位，博士生魏雯、高雪芹為共同第一作者，王建榮教授和青年教師袁娜、方藝璇副研究員為共同通訊作者。本研究得到國家自然科學基金委和蘇州大學放射醫學和輻射防護國家重點實驗室的資助。
JCI是國際醫學領域的百年老刊，也是入選自然指數（Nature index）首批期刊名錄的兩份綜合性醫學雜志之一。
圖1. Beclin1通過控制ISG15介導的細胞因子風暴維護胚胎造血和發育