Irf3-KO 基因敲除小鼠

Irf3，也称为干扰素调节因子3，是一种重要的转录因子，在细胞的先天免疫反应中起着关键作用。Irf3能够被多种病原体相关分子模式（PAMPs）和损伤相关分子模式（DAMPs）激活，从而诱导Ⅰ型干扰素（IFN）和其他免疫相关基因的表达。Irf3的激活通常需要其丝氨酸残基的磷酸化，而磷酸化过程则由不同的信号通路和酶介导。

在细胞中，R-环是一种包含RNA-DNA杂合体的核酸，它们在细胞的基因表达调控和DNA复制中发挥着重要作用。然而，当R-环的动态平衡被破坏时，它们可能会导致DNA损伤和基因组不稳定性。研究发现，当细胞核中的R-环被破坏时，细胞质中会出现RNA-DNA杂合体，这些杂合体可以结合到cGAS和TLR3等模式识别受体上，激活Irf3并诱导细胞凋亡。这种现象在患有共济失调眼肌瘫痪2型的患者细胞中也有所发现[1]。

蛋白质的翻译后修饰（PTMs）对于保证免疫反应中蛋白质的正常生物学功能至关重要。蛋白质的磷酸化已被广泛研究，而蛋白质的焦磷酸化则相对较少被关注。研究发现，UDP-N-乙酰葡萄糖胺焦磷酸化酶1（UAP1）是一种代谢酶，它可以催化蛋白质丝氨酸的焦磷酸化，促进Irf3的焦磷酸化，从而增强Ⅰ型干扰素反应。Uap1的缺乏会显著损害DNA和RNA病毒诱导的Ⅰ型干扰素通路的激活，导致Uap1缺陷小鼠对致命病毒感染的易感性增加[2]。

肥胖症中的代谢应激会诱导内皮炎症和活化，从而引发脂肪组织炎症、胰岛素抵抗和心血管疾病。研究发现，刺激干扰素基因（STING）是免疫和炎症中一个重要的分子。在体外培养的内皮细胞中，棕榈酸处理可以激活STING，并使其与Irf3结合，导致Irf3的磷酸化和核转位。激活的Irf3会结合到ICAM-1启动子上，诱导ICAM-1的表达和单核细胞-内皮细胞粘附。研究发现，棕榈酸通过诱导线粒体损伤来激活STING。棕榈酸处理导致线粒体损伤和线粒体DNA泄漏到细胞质中。通过细胞质DNA传感器cGAS，线粒体损伤和泄漏的细胞质线粒体DNA激活了STING-Irf3通路，并增加了ICAM-1的表达。在饮食诱导的肥胖小鼠中，STING-Irf3通路在脂肪组织中也被激活。然而，STING缺陷小鼠的饮食诱导的脂肪组织炎症、肥胖、胰岛素抵抗和葡萄糖不耐受得到了部分缓解。线粒体损伤-cGAS-STING-Irf3通路在代谢应激诱导的内皮炎症中起着关键作用。STING可能是预防肥胖个体心血管疾病和胰岛素抵抗的潜在治疗靶点[3]。

Irf3在神经炎症中也发挥着重要作用。研究发现，Irf3的全局性缺陷会延迟巨噬细胞中的TLR4介导的信号传导，并减轻LPS诱导的炎症特征，如细胞因子释放、巨噬细胞反应性、星形胶质细胞活化、骨髓细胞浸润和炎症小体活化。此外，在巨噬细胞中表达组成型活化的Irf3（S388D/S390D：Irf3-2D）会诱导一种类似于活化反应性巨噬细胞的转录程序，并表达与阿尔茨海默病相关的基因，特别是载脂蛋白E。使用Irf3-2D脑巨噬细胞的bulk-RNAseq分析，研究人员发现Z-DNA结合蛋白-1（ZBP1）是Irf3的靶标，它在与各种神经炎症相关的疾病中具有相关性。最后，研究人员发现，在原代小胶质细胞培养中，Aβ可以诱导Irf3的磷酸化和Irf3依赖的ZBP1诱导。这些结果表明，Irf3是LPS和Aβ介导的神经炎症反应的重要调节因子，并强调了Irf3作为不同神经炎症疾病中疾病特异性基因激活的中心调节因子的重要性[4]。

病毒利用毒力因子来抑制免疫系统。保护假说认为，宿主会监视（或“保护”）关键的先天免疫途径，以便在毒力因子破坏这些途径时引发二次免疫反应。研究发现，人类单核细胞中存在一种“自我保护”的免疫途径，其中保护和受保护的函数结合在一个蛋白质中。研究发现，这种途径被单纯疱疹病毒1型的关键毒力因子ICP0触发，导致抗病毒Ⅰ型干扰素（IFN）的强烈诱导。值得注意的是，ICP0诱导的IFN的产生不依赖于经典的免疫途径和Irf3和Irf7转录因子。CRISPR筛选鉴定出ICP0的靶标MORC34作为IFN的必需负调节因子。MORC3的缺失复制了ICP0诱导的Irf3和Irf7非依赖性IFN反应。机制上，ICP0降解MORC3，导致MORC3调节的DNA元件（MRE）的去抑制，MRE位于IFNB1位点附近。MRE在顺式位置对于IFNB1通过MORC3途径的诱导是必需的，但对于经典的IFN诱导途径则不是必需的。除了通过抑制MRE来调节IFNB1外，MORC3还是HSV-1的直接限制因子。因此，这些结果表明，MORC3的主要抗病毒功能是通过其次要的IFN抑制功能自我保护的。因此，降解MORC3以避免其主要抗病毒功能的病毒将引发次要的抗病毒IFN反应[5]。

Irf3通过其DNA结合特性来调节基因表达。研究发现，Irf3、Irf5和Irf7（Irf3/5/7）在哺乳动物对病原体的反应中具有重叠但不同的作用。为了研究DNA结合特异性在区分Irf3/5/7特异性基因调节中的作用，研究人员使用蛋白质结合微阵列（PBMs）来表征Irf3/5/7同源二聚体的DNA结合。研究人员确定了共同和二聚体特异性的DNA结合位点，并表明DNA结合差异可以转化为二聚体特异性的基因调节。Irf3/5/7调节Ⅰ型干扰素（IFN）基因，这是抗病毒反应的核心。研究人员发现，Irf3和Irf7结合到许多干扰素刺激反应元件（ISRE）型位点上，这些位点位于IFN启动子的病毒反应元件（VREs）中。然而，值得注意的是，Irf5不结合到VREs上，这表明在IFN基因启动子上的ISRE变体中存在针对Irf5同源二聚体结合的进化选择。突变分析揭示了抑制Irf5结合到IFN基因启动子中存在的ISRE变体的关键特异性决定性残基。整合PBM和报告基因数据发现，DNA结合亲和力和亲和力无关的机制共同决定DNA结合的Irf二聚体的功能，这表明DNA基位的变构作用在Irf结合位点功能中发挥着作用。这些结果为DNA结合亲和力在区分Irf3/5/7特异性基因表达中的作用和局限性提供了新的见解[6]。

综上所述，Irf3是一种重要的转录因子，在细胞的先天免疫反应中发挥着关键作用。Irf3的激活和功能受到多种信号通路和酶的调控，包括R-环的动态平衡、蛋白质的焦磷酸化、STING途径、神经炎症和MORC3途径等。Irf3的研究有助于深入理解先天免疫反应的分子机制和调节网络，为免疫相关疾病的治疗和预防提供新的思路和策略。