引言
天然免疫系统依赖于模式识别受体（pattern-recognition receptors, PRRs）来识别病原微生物的感染，从而启动炎症反应和细胞死亡等天然免疫反应。托样受体（Toll-like receptors, TLRs）是最早被鉴定出的一类模式识别受体，相关研究获得了2011年的诺贝尔生理与医学奖。然而，TLRs作为膜蛋白，定位于细胞膜和内体膜上，只负责识别细胞外的病原微生物，无法识别已经入侵到细胞浆和细胞核的病原微生物。因此，过去20年里，科学家们相继鉴定出一系列细胞内的模式识别受体，其中包括陈志坚组鉴定的双链DNA受体cGAS和邵峰组鉴定的LPS受体Caspase-4/5/11。这些研究不但填补了相关模式识别受体的空白，也打破了人们对模式识别受体工作模式的传统认知。核酸是模式识别受体识别的最主要的一类病原相关分子模式（pathogen-associated molecular patterns, PAMPs），因为几乎所有的病原微生物都以核酸作为遗传物质。在人体内10个托样受体家族成员中，有4个是负责识别核酸的。在细胞内，也存在多种模式识别受体来识别各种核酸结构，包括单链RNA、双链RNA和双链DNA。但细胞内单链DNA的模式识别受体多年来仍然是空白的。细胞内单链DNA模式识别受体迟迟没有被发现的原因主要有两个：首先，单链DNA病毒感染导致的免疫反应相对较弱，也没有在人群中引起过广泛的疫情，因此没有得到学界足够的关注；其次，有些免疫学家尝试导入到细胞内一些特定序列的单链DNA后，并没有观察到明显的天然免疫反应。直到2023年，Nature连发三篇文章报道全球多地爆发的不明原因儿童肝炎可能与腺相关病毒2（AAV2）的感染有关。由于AAV2是一种典型的单链DNA病毒，所以单链DNA的天然免疫识别问题受到了一定程度的关注。2024年6月14日，来自中国医学科学院基础医学研究所生物化学与分子生物学系/重大疾病共性机制研究全国重点实验室的刘德培团队在Science Immunology上发表了题为：Schlafen 11 triggers innate immune responses through its ribonuclease activity upon detection of single-stranded DNA的研究论文，揭示了细胞内单链DNA可以作为一种病原相关分子模式激活天然免疫反应，并且鉴定出其模式识别受体为Schlafen-11。
以往的研究大多是导入特定序列的单链DNA，可能会忽略序列特异性的问题。基于前车之鉴，研究人员首先把细菌的基因组单链DNA导入了细胞内，观察到了明显的细胞因子表达和细胞死亡。同时，用羟基脲诱导内源单链DNA的累积也可以观察到细胞因子的表达上调。提示细胞内的单链DNA具有天然免疫刺激能力。为了进一步找到单链DNA刺激免疫反应的分子模式，研究人员构建了短的单链DNA文库，并筛选到了14条高激活能力的单链DNA。通过对这些高激活单链DNA的序列分析和验证，研究人员发现，CGT核心基序决定了单链DNA免疫刺激能力的强弱。重要的是，这类CGT核心基序在细菌和AAV2基因组中存在的比例很高，这也解释了为什么这类单链DNA会刺激起很强地天然免疫反应。基于筛选到的单链DNA分子模式，研究人员建立了一套全基因组的CRISPR-Cas9筛选系统，并筛选到了Schlafen-11 (SLFN11) 可能是细胞内单链DNA的模式识别受体。随后，通过一系列的细胞和生化实验，研究人员发现SLFN11可以通过C端结构域直接与含有CGT核心基序的单链DNA结合。结合后的SLFN11从细胞核转位到细胞浆，通过N端RNase结构域切割2型tRNA，从而激活细胞因子表达并诱导了细胞死亡。由于小鼠没有SLFN11，为了验证单链DNA模式识别受体在体内的功能，研究人员鉴定到出Slfn9是鼠源的单链DNA模式识别受体，并构建了Slfn9的敲除小鼠。研究人员用单链DNA在小鼠体内完全复现了临床上发现的与AAV2关联的不明原因儿童肝炎的表型，而Slfn9的敲除小鼠几乎完全阻断了单链DNA免疫刺激导致的肝炎。同时，研究人员还证明了SLFN11/9是单链DNA核酸药物治疗肿瘤的关键靶点。综上所述，这项研究发现单链DNA作为一种病原相关分子模式，可以激活其模式识别受体SLFN11，从而引发天然免疫反应，不仅填补了单链DNA模式识别受体的空白，还揭示了SLFN11作为ssDNA-activated RNase代表了一种全新的模式识别受体工作模式。同时，该研究也首次阐述了单链DNA可以诱导肝炎的产生，为临床上发现的AAV2与不明原因肝炎的相关性提供了因果关系的理论基础，并提示SLFN11是相关免疫疾病和肿瘤治疗的重要靶点。同期杂志邀请哈佛大学Jonathan Kagan教授撰写了评述：Waking the sleeping giant: Single stranded DNA binds Schlafen 11 to initiate innate immune responses。原文链接http://doi.org/10.1126/sciimmunol.adj5465责编|探索君
排版|探索君
文章来源|“BioArt”
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