Mpeg1-KO 基因敲除小鼠

基因Mpeg1，全称为巨噬细胞表达基因1，是存在于多种生物体中的古老基因。它编码的蛋白质属于膜攻击复合物/穿孔素（MACPF）分支的MACPF/胆固醇依赖性细胞溶素（CDC）超家族，该家族是一类孔形成蛋白（PFPs），能够形成跨越目标膜的大跨膜水通道。在人类中，MACPFs在免疫和发育中扮演已知角色。与穿孔素（PRF）和膜攻击复合物（MAC）类似，MPEG1也被推测在免疫中发挥作用。事实上，生物信息学研究表明，MPEG1基因的复制可能导致PRF和MAC成分的起源。研究揭示，MPEG1的部分或完全缺失会导致细胞和动物对微生物感染的易感性增加。为此，MPEG1的表达会在肿瘤坏死因子α（TNFα）和脂多糖（LPS）等前炎症信号的作用下上调。此外，MPEG1的种系突变与人类反复的肺分枝杆菌感染有关。对MPEG1的结构研究表明，它能够形成寡聚体的预孔和孔。引人注目的是，MPEG1结构中的非典型结构域排列表明，其孔形成的机制可能是为了防止宿主细胞的不必要裂解而进化出来的。总的来说，现有数据表明，MPEG1很可能作为细胞内孔形成免疫效应因子发挥作用。在这里，我们回顾了目前对MPEG1进化、调控和功能的理解。此外，还讨论了MPEG1的最新结构研究，包括MPEG1杀菌活性的作用机制。最后，探讨了MPEG1模型的局限性、未解决的问题和意义，以及与新出现的结构数据相关的更广泛的文献[1]。

在巨型海螺Charonia tritonis中，Mpeg1的同源物（Ct-Mpeg1）被发现。预测的Ct-Mpeg1蛋白包含几个已知存在于Mpegs中的结构特征，包括一个膜攻击复合物/穿孔素（MACPF）域和一个单一的跨膜区域。Ct-Mpeg1基因在几乎所有检查的组织中都有组成型表达，除了触须，其中最高表达水平出现在外套膜中。作为一个典型的孔形成蛋白，Ct-Mpeg1对弧菌（包括弧菌溶藻胶和副溶血性弧菌）具有抗菌活性。此外，用rCt-Mpeg1处理V. alginolyticus可以抑制大多数外膜蛋白合成相关基因和参与三羧酸循环途径的基因的表达，这会导致外膜蛋白合成的减少和能量能力的降低。这是首次报道在C. tritonis中表征巨噬细胞表达基因1蛋白，这些结果表明，巨噬细胞表达基因1蛋白Ct-Mpeg1是C. tritonis的一个重要免疫分子，参与抵抗弧菌的细菌感染，这项研究可能为理解C. tritonis的先天免疫系统提供关键的基本数据[2]。

在吞噬细胞中，穿孔素-2（MPEG1）在破坏吞噬的微生物方面发挥着关键作用。自从100多年前首次描述以来，无数的研究使巨噬细胞和其他吞噬细胞成为免疫系统中一些最被理解的细胞。然而，令人惊讶的是，直到最近才揭示出Perforin-2支持吞噬细胞的一个关键功能：破坏吞噬的微生物。几项研究表明，缺乏Perforin-2的吞噬细胞中的细菌持续存在，有时甚至在吞噬细胞中繁殖。当用革兰氏阴性或革兰氏阳性病原体挑战时，Mpeg1敲除小鼠会死于野生型小鼠能够存活的感染剂量。正如其免疫缺陷表型所预期的那样，细菌病原体在Mpeg1敲除小鼠的深层组织中复制和传播。因此，这个进化上古老的基因赋予了从海绵到人类的各种吞噬细胞强大的杀菌能力。最近阐明的哺乳动物Perforin-2的结构揭示它是一种同聚物，依赖于低pH，如吞噬体内的pH，以转变为其跨膜孔构象。Mpeg1错义突变的临床表现进一步突出了Perforin-2在吞噬细胞中的关键作用。此外，还讨论了Perforin-2研究领域内的争议和差距，以及可用于解决未解决问题的小鼠模型。我们的综述以对Perforin-2细菌对策的讨论结束[3]。

基因分类有助于揭示弥漫性大B细胞淋巴瘤（DLBCL）的分子异质性和治疗意义。通过全外显子/全基因组测序、RNA测序和荧光原位杂交，在337例新诊断的DLBCL患者中，我们基于35个基因的突变信息和3个基因（BCL2、BCL6和MYC）的重排信息，建立了一个简化的38基因算法（称为“LymphPlex”），确定了7个不同的基因亚型：TP53Mut（TP53突变）、MCD-like（MYD88、CD79B、PIM1、MPEG1、BTG1、TBL1XR1、PRDM1、IRF4突变）、BN2-like（BCL6融合、NOTCH2、CD70、DTX1、BTG2、TNFAIP3、CCND3突变）、N1-like（NOTCH1突变）、EZB-like（BCL2融合、EZH2、TNFRSF14、KMT2D、B2M、FAS、CREBBP、ARID1A、EP300、CIITA、STAT6、GNA13突变，有或没有MYC重排）和ST2-like（SGK1、TET2、SOCS1、DDX3X、ZFP36L1、DUSP2、STAT3、IRF8突变）。对1001例DLBCL患者的扩展验证揭示了每个基因亚型的临床相关性和生物学特征。TP53Mut亚型表现出不良预后，其特征是p53信号传导失调、免疫缺陷和PI3K激活。MCD-like亚型与不良预后相关，起源于激活的B细胞（ABC），具有BCL2/MYC双表达和NF-κB激活。BN2-like亚型在ABC-DLBCL中表现出良好的预后，并具有NF-κB激活的特征。N1-like和EZB-like亚型分别主要由ABC-DLBCL和生发中心B细胞（GCB）-DLBCL组成。EZB-like-MYC+亚型以免疫抑制肿瘤微环境为特征，而EZB-like-MYC-亚型以NOTCH激活为特征。ST2-like亚型在GCB-DLBCL中表现出良好的预后，并具有基质-1调节的特征。基因亚型指导的靶向药物与免疫化疗相结合，实现了令人鼓舞的临床反应。总的来说，LymphPlex提供了高效率和可行性，代表了DLBCL基于机制靶向治疗的一个进步[4]。

穿孔素是一种孔形成蛋白，是细胞毒性淋巴细胞杀死异常细胞所使用的颗粒排出途径的核心。尽管这种杀伤机制在硬骨鱼类中是保守的，但细胞毒性细胞存在于其他脊索动物和无脊椎动物中，它们的细胞毒性机制尚未阐明。为了理解这一途径的进化，在这里，我们表征了穿孔素的起源和进化。我们在所有分析的Euteleostomi物种中，除了一个物种外，都发现了人类穿孔素的同源物和同源物，并在Gnathostomata中发现了穿孔素的一个早期同源物，但在更原始的脊索动物中不存在。在胎盘哺乳动物中，穿孔素是一个单拷贝基因，但在所有先于有袋动物的谱系中，除了鸟类外，都存在多个穿孔素基因。我们比较了这些许多到一个人的穿孔素同源物，表明它们主要来自多个分类单元中的谱系特异性基因复制，这表明获得了新的功能或不同的调节模式。我们还提供了证据表明，穿孔素起源于MPEG1基因的复制，并与功能相关的补体蛋白共享一个共同祖先。在脊椎动物中，穿孔素的进化涉及到复杂的基因和内含子的获得和丧失模式。原始的穿孔素基因至少在5亿年前，大约在主要组织相容性复合体-T细胞受体抗原识别系统建立的时候出现。由于它不存在于原始脊索动物和无脊椎动物中，这些谱系的细胞毒性细胞必须具有不同的效应分子或细胞毒性机制[5]。

巨噬细胞表达基因1（MPEG1）是一种古老的免疫效应因子，在腔肠动物、软体动物、辐鳍鱼和哺乳动物中已知存在。在这项研究中，我们检查了MPEG1在Metazoa中的进化和抗菌潜力。通过无偏数据挖掘，在34个筛选的类群中，有11个类群发现了MPEG1同源物。在无脊椎动物中，MPEG1存在于主要门类中，并表现出强烈的复制。在脊椎动物中，每个类的主要MPEG1（gMPEG1）形成了基于类的簇。然而，来自4个类中71个物种的一小部分独特的MPEG1（uMPEG1）聚集在一个与所有主要基于类的簇分离的单独簇中。gMPEG1和uMPEG1表现出强烈的基因组共线性，并被高密度的转座子包围。gMPEG1和uMPEG1的转录本表达在免疫器官中最丰富，但在组织特异性方面存在显著差异。系统分析确定了MPEG1的C末端（CT）尾部存在一个抗菌肽（AMP）样片段。基于35个代表性MPEG1的AMP样区域的肽被合成。所有肽都表现出杀菌活性。这些结果共同表明，在Metazoa中，转座子驱动的MPEG1进化多样化可能导致了功能的专门化。这项研究还揭示了由MPEG1的CT尾部直接和单独介导的可能的抗菌机制[6]。

穿孔素-2是一种高度保守的孔形成蛋白，由巨噬细胞表达的基因1（MPEG1）编码。许多研究表明，Perforin-2缺陷小鼠在野生型小鼠能够存活的细菌挑战后无法存活。也有最近的研究表明，Mpeg1+/-杂合子小鼠的杀伤能力介于Mpeg1野生型和Mpeg1-/-小鼠之间。尽管有这些体内发现，但到目前为止，尚未发现穿孔素-2缺陷与人类疾病相关。在这里，我们报告了四名患有持续性非结核性分枝杆菌感染的患者，他们具有杂合子MPEG1突变。在体外，来自这些患者的中性粒细胞、巨噬细胞和B细胞在杀死鸟分枝杆菌方面不如正常对照组有效。CRISPR突变验证了这些突变的致病性抗菌活性。这些数据表明，穿孔素-2杂合子不足可能增加了人类对细胞内细菌感染的易感性[7]。

组织驻留巨噬细胞（TRMs）和树突状细胞（DCs）高度异质，对免疫、组织再生和稳态维持至关重要。在这里，我们通过单细胞RNA测序对成年斑马鱼器官中TRMs和DCs的异质性进行了全面分析。我们确定了两个巨噬细胞亚群：具有强大吞噬作用表型的促炎症巨噬细胞和具有组织再生表型的促重塑巨噬细胞，它们存在于屏障组织、肝脏和心脏中。同时，我们还观察到一种具有突出抗原呈递能力的常规DC（cDC）群体和一种以抗病毒特性为特征的浆细胞样DC（pDCs）。值得注意的是，除了一个具有强大吞噬能力的巨噬细胞/小胶质细胞群体外，还在大脑中发现了pDC群体和两个不同的cDC群体。最后，我们为体内追踪巨噬细胞和DC亚群生成了特定的报告基因系。我们的研究描绘了TRMs和DCs的景观，并为深入研究这些细胞提供了有价值的工具[8]。

为了控制感染，吞噬细胞可以直接杀死入侵的微生物。巨噬细胞表达基因1（Mpeg1），一种有时被称为穿孔素-2的孔形成蛋白，据报道在吞噬后对细菌的杀伤是必不可少的。具有Mpeg1tm1Pod突变等位基因的纯合子小鼠易受细菌感染，并在体外表现出细菌杀伤能力缺陷。在这里，我们描述了一个新的Mpeg突变等位基因Mpeg1tm1.1Pib，位于C57BL/6J背景下。具有这个新等位基因的纯合子小鼠不会异常易受细菌或病毒感染，并且无论遗传背景如何，在体外都没有细菌杀伤能力的异常。这里讨论了这些相互矛盾发现的可能原因。在进一步的研究中，我们还表明，Mpeg1tm1.1Pib/tm1.1Pib小鼠对炎症介质的细胞因子反应、以及抗体生成也是正常的。我们还表明，Mpeg1定位于CD68阳性的内溶酶体隔室，并且主要作为一个加工过的、二硫键连接的二聚体分子存在。它在常规DC1中丰富，缺乏Mpeg1的小鼠不能有效地呈现模型抗原卵清蛋白。我们得出结论，Mpeg1对先天抗菌保护或抗病毒免疫不是必不可少的，但可能在适应性免疫反应的早期发挥专注的作用[9]。

巨噬细胞表达基因1（MPEG1）编码一个进化上保守的蛋白，具有一个预测的膜攻击复合物/穿孔素（MACPF）域，与宿主防御入侵病原体有关。在脊椎动物中，MPEG1/穿孔素-2是巨噬细胞的整合膜蛋白，据推测通过孔形成活性参与杀死细胞内细菌。斑马鱼有3个MPEG1副本；2个在巨噬细胞中表达，而第三个可能是假基因。mpeg1和mpeg1.2基因在用细菌病原体Mycobacterium marinum和Salmonella typhimurium感染斑马鱼胚胎时表现出差异调节。在两种病原体感染期间，mpeg1下调，而mpeg1.2是感染诱导的。mpeg1.2的上调部分依赖于功能性Mpeg1的存在，并需要Toll样受体适配分子MyD88和转录因子NFκB。敲低mpeg1会改变对M. marinum感染的反应，并导致细菌负荷增加。在沙门氏菌typhimurium感染中，mpeg1和mpeg1.2的敲低都会增加细菌负荷，但mpeg1形态发生者表现出较长的存活时间。这两个体内感染模型的综合结果表明，MPEG1/穿孔素-2家族具有抗菌功能，并表明两个mpeg1副本的复杂交叉调节有助于斑马鱼宿主对抗各种病原体的感染[10]。

综上所述，Mpeg1是一种古老的基因，其编码的蛋白质在免疫系统中发挥着重要作用。Mpeg1的缺失或突变会导致对微生物感染的易感性增加，这表明它在宿主防御中扮演着关键角色。Mpeg1的表达受到前炎症信号的影响，并在免疫器官中最为丰富。Mpeg1的进化历史表明，它起源于古老的MACPF基因，并在进化过程中发生了基因复制和丧失。Mpeg1的抗菌活性主要是由其C末端尾部介导的。Mpeg1不仅在哺乳动物中存在，也在无脊椎动物中存在，这表明其在先天免疫系统中的重要作用是普遍存在的。未来，对Mpeg1的进一步研究将有助于我们更好地理解其在免疫反应中的作用机制，并为开发新的治疗策略提供基础。