Nat Commun | 石莉红/竺晓凡合作团队解析先天性非溶血性贫血发病新机制
先天性非溶血性贫血是一组发病机制复杂的异质性疾病，目前临床上仍有约40%的患儿致病基因不明，发病机制未知。挖掘这类疾病的致病基因并探寻其发病机制，不仅对临床诊断有重要意义，更有助于发现新的红细胞增殖及分化调控因子，完善红细胞增殖及分化调控网络，继而为其它病理条件中出现的贫血提供新干预靶点。
2024年7月6日，细胞生态海河实验室石莉红/竺晓凡合作团队在《Nature Communications》（IF=14.7）期刊发表了题为“Erythroid-intrinsic activation of TLR8 impairs erythropoiesis in inherited anemia”的研究论文。该研究通过全基因组测序和分析，对一个累及多代的先天性非溶血性贫血家系进行致病基因挖掘，发现固有免疫受体TLR8存在功能增强型突变。随后，该研究利用多种细胞模型，证实了TLR8在红细胞中表达，其激活可以抑制调控红细胞增殖及分化的转录因子STAT5的细胞膜定位和激活，破坏红细胞增殖及分化，是调控红细胞增殖及分化的新靶点。同时，利用先天性纯红细胞再生障碍性贫血（DBA）患者细胞证实TLR8抑制剂可作为促进红系造血的潜在治疗药物。
首先，该研究通过对临床获得的先天性贫血家系家庭成员进行全基因组测序和分析，发现TLR8基因中的外显子区存在突变。通过荧光素酶报告基因实验、三维结构分析和原位突变的细胞株，证明了该突变为功能获得性突变，且TLR8突变后的胚胎干细胞（ES）细胞系红细胞发育和分化受阻。既往研究提示红细胞能表达部分免疫相关分子并调控其增殖及分化过程[1,2]。该研究随后证实，红细胞（尤其是红系祖细胞）表达TLR8，TLR8的激活会抑制红细胞增殖及分化，而其抑制则会促进红细胞增殖及分化。
分子机制研究发现，红细胞TLR8激活后，通过抑制膜转运蛋白Annexin A2和STAT5的相互作用，抑制STAT5的细胞膜定位和激活，破坏了EPO信号通路，从而抑制红细胞增殖及分化。最后，为验证TLR8是否可以作为临床治疗先天性非溶血性贫血的靶点，研究人员从临床收集了核糖体蛋白基因突变的DBA患者骨髓样本，并用TLR8抑制剂对其进行处理。结果显示，TLR8抑制剂显著改善DBA患者的红细胞增殖及分化，表明TLR8是其潜在的临床治疗靶点。
综上，该研究通过对先天性贫血患病家系进行致病基因发掘，首次揭示了红细胞表达固有免疫受体TLR8，且通过调控重要的红系生成转录因子STAT5的细胞膜定位和激活调节红细胞增殖及分化，是重要的红细胞增殖及分化的调控因子。进一步的临床样本实验表明，TLR8可能成为治疗DBA等先天性非溶血性贫血的新靶点。
细胞生态海河实验室石莉红教授和竺晓凡教授为共同通讯作者，团队成员梁静、万扬、高洁和郑凌岳为共同第一作者。该项目获得细胞生态海河实验室创新基金、国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国医学科学院医学与健康科技创新工程和等的支持。细胞生态海河实验室朱平教授、清华大学尹航教授和南开大学陈果教授提供了重要支持与帮助。
参考文献：
1. Lam, L.K.M. et al. DNA binding to TLR9 expressed by red blood cells promotes innate immune activation and anemia. Science translational medicine 13, eabj1008.
2. Schneider, R.K. et al. Rps14 haploinsufficiency causes a block in erythroid differentiation mediated by S100A8 and S100A9. Nature medicine 22, 288-297.
