近日，九州体育唐仲英医学研究院王建荣团队在美国杂志《临床研究》（Journal of Clinical Investigation, JCI）上发表了题为“Beclin1 prevents ISG15-mediated cytokine storms to secure fetal hematopoiesis and survival”的研究论文，发现之前被认为哺乳类细胞自噬机器中关键调控蛋白Beclin1，以不依赖于自噬途径方式在胚胎造血器官中管控ISG15介导的细胞因子风暴，从而维护胚胎造血安全。
胚胎发育在形成骨骼之前，历经胚外卵黄囊、主动脉—性腺—中肾区、肝脏等部位造血。胚胎的造血细胞在进入骨髓获得骨骼庇护屏障前经受相对多的应激，尤其是在活跃的胎肝造血阶段造血细胞存在更高的应激风险。ISG15是干扰素刺激基因15编码的一种类泛素化蛋白分子，其一旦表达即可通过酶级联反应共价结合到下游数百个靶蛋白上，促发体内持续增强的炎症因子风暴。ISG15过度激活炎症反应和无差别攻击组织器官，可导致脏器损伤、衰竭，甚至急性死亡。因此，ISG15被称为炎症放大器，犹如埋伏于体内的“炸弹”，既可消灭入侵病原，也可伤已。但是，关于机体如何管控体内这枚“炸弹”不发生误爆，至今未明。
该研究中，作者首先运用基因打靶等技术构建了造血系统Beclin1组成型缺失的小鼠模型，发现Beclin1缺失的小鼠全部死于围产期，胎儿外周血中炎性细胞增加。作者运用血液学研究手段分析小鼠胎儿主要造血器官肝脏，发现Beclin1的缺失导致胎肝造血细胞功能失调和耗竭，表明Beclin1对于维持胚胎造血和存活至关重要。胎肝造血细胞的微量转录组学及微量蛋白组学联合分析和实验验证表明，在Beclin1缺失的小鼠胎肝造血细胞中ISG15的表达异常升高，炎症信号被显著激活。随后作者在Beclin1缺失的胚胎造血细胞中沉默ISG15，能部分挽救造血细胞的造血功能，降低炎症水平。
作者运用分子生物学手段研究发现，胎肝造血细胞中信号传导及转录激活蛋白3（STAT3）是ISG15基因的转录因子，抑制STAT3活性可以挽救Beclin1缺失的胎肝造血细胞功能。作者进而运用生化、细胞学实验和分子对接分析发现胚胎造血组织中Beclin1通过其序列进化保守域（ECD）与STAT3分子结合，其中涉及6个氢键互作和3个盐桥互作，以抑制STAT3磷酸化激活，进而阻止其作为转录因子进入细胞核，从而阻止STAT3激活ISG15转录表达及其下游级联修饰引发的炎症反应，由此保护胚胎造血细胞免受炎症反应攻击，维护胚胎正常造血和发育。基于蛋白间对接预测模型HDOCK分析提示人中Beclin1与STAT3也存在类似互作。
尽管自噬研究领域内普遍认为Beclin1通过自噬途径发挥生物学作用，但本研究发现，虽然Beclin1缺失影响胎肝造血细胞自噬，但Beclin1对STAT3-ISG15信号转导轴的控制在自噬功能受损的胎儿造血器官中仍然有效，表明胎肝造血器官中Beclin1对STAT3-ISG15信号转导的调控作用独立于细胞自噬途径。
该研究成果拓展了以往以为只有免疫细胞才能产生细胞因子风暴的认知。因为该研究发现胚胎发育过程中造血细胞也能发生细胞因子风暴，一旦Beclin1缺失，即可促发ISG15介导的细胞因子风暴而导致造血细胞死亡、造血失败，进而导致胚胎死亡。领域内之前还认为，ISG15基因必须通过干扰素信号途径作用才能被激活，且必须由蛋白激酶JAK1、TYK2和信号转导及转录激活因子STAT1和STAT2参与，才能激活ISG15基因及其介导的下游炎症反应。该研究则发现，ISG15尽管之前被命名为干扰素激活基因，但ISG15基因在胚胎造血系统中的激活并不一定需要干扰素途径的激活，只要Beclin1失去对STAT3的结合能力或失去对STAT3的蛋白修饰管控，ISG15即可发生表达，继而诱发细胞因子风暴，而功能挽救实验可以逆转这一风险，由此揭示了胚胎中Beclin1管控ISG15“误爆”的分子途径。
该团队之前研究还发现，儿童淋系白血病患者Beclin1基因转录后发生mRNA剪接错误，产生缺失第11号外显子的功能异常Beclin1蛋白（PMID: 24716949），并发现Beclin1是放射超敏蛋白，极易受放射诱导发生降解，加剧放射诱导的急性炎症反应，故Beclin1是应对放射损伤的可操纵靶点（发明专利ZL201910596322.X）。这些发现和发明对于理解胚胎妊娠失败和儿童白血病病因的早期溯源、监测，以及对于以Beclin1为靶点保护胚胎造血发育以预防白血病萌发，乃至通过正反向干预Beclin1以期实现辐射防护或肿瘤放疗致敏，具有重要的理论意义和临床应用前景。
九州体育是本论文的唯一作者单位，博士生魏雯、高雪芹为共同第一作者，王建荣教授和青年教师袁娜、方艺璇副研究员为共同通讯作者。本研究得到国家自然科学基金委和九州体育放射医学和辐射防护国家重点实验室的资助。
JCI是国际医学领域的百年老刊，也是入选自然指数（Nature index）首批期刊名录的两份综合性医学杂志之一。
图1. Beclin1通过控制ISG15介导的细胞因子风暴维护胚胎造血和发育
