RPL26的泛素化缺陷会通过干扰ATG16L1依赖的内质网自噬（ER-phagy）机制，引发与内质网应激（ER stress）相关的潘氏细胞（Paneth cells）凋亡
《Cellular Signalling》：RPL26 UFMylation deficiency triggers Paneth cell apoptosis associated with ER stress by impairing ATG16L1-dependent ER-phagy
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RPL26的泛素样修饰（UFMylation）在维持肠道上皮细胞（IECs）功能及肠道稳态中起关键作用，其缺陷导致潘氏细胞（Paneth cells）数量减少、Lysozyme分泌下降及ER应激依赖性凋亡，通过ATG16L1-ER自噬通路影响肠道屏障完整性。
徐俊杰|陈志熙|李萍|严晶晶|邓志涵|陈芳慧|蔡亚飞
南京农业大学动物科学与技术学院，中国南京210095
摘要
背景
UFMylation在多种生理过程中起着至关重要的作用。核糖体蛋白L26（RPL26）是UFMylation的主要靶标，也是60S核糖体亚基的组成部分，直接参与蛋白质合成。然而，RPL26在肠上皮细胞（IECs）和肠道稳态中的生物学意义仍不清楚。
方法
构建了IEC特异性的RPL26K132/134R突变体（RPL26 UFMylation缺陷）小鼠模型（CKI），以研究RPL26 UFMylation在肠道发育和稳态中的作用。
结果
RPL26 UFMylation缺陷导致70 kD和25–35 kD的UFMylated蛋白质丢失，表明修饰效率降低。值得注意的是，CKI小鼠表现出较高的直肠脱垂发病率和升高的炎症水平。更重要的是，小肠和结肠显著缩短，杯状细胞和潘内特细胞数量显著减少。与潘内特细胞的丢失一致，溶菌酶的表达显著下降，同时潘内特细胞分化、发育和溶菌酶分泌相关基因的表达也下调。进一步的研究发现，RPL26 UFMylation缺陷通过促进自噬相关蛋白16类似物1（ATG16L1）的泛素介导降解，抑制了内质网自噬（ER-phagy），从而触发潘内特细胞的ER应激依赖性凋亡。
结论
我们的研究结果表明，RPL26 UFMylation在维持IEC功能和肠道稳态中起着关键作用，为理解肠道健康的遗传机制提供了新的见解。
引言
肠道是消化吸收和免疫防御的核心器官，在营养吸收和代谢中起着重要作用，同时也是抵御病原体入侵的主要屏障[1]。解剖学上，小肠由重复的隐窝-绒毛结构单元组成。黏膜上皮向腔内突出形成绒毛，而向下的凹陷部分构成隐窝。绒毛主要由功能细胞组成，包括分泌黏液的杯状细胞，而隐窝内则含有肠道干细胞和潘内特细胞[2]。其中，肠上皮细胞（IECs）对于维持肠道的结构完整性和生理功能至关重要。上皮层包含多种特化的细胞类型，包括吸收性肠细胞、杯状细胞、潘内特细胞和肠道干细胞[3]、[4]。杯状细胞尤其在结肠中数量较多，通过分泌黏液和抗菌肽来提供屏障保护，从而帮助防止病原体侵入并保持黏膜完整性[5]、[6]。潘内特细胞起源于肠道干细胞，是位于小肠隐窝底部的特化分泌细胞。它们通过产生抗菌肽（如溶菌酶和防御素）来维持肠道稳态，并在调节干细胞微环境中发挥关键作用[7]。最近的研究表明，潘内特细胞的功能障碍与多种肠道疾病（包括炎症性肠病（IBD）和坏死性小肠结肠炎[8]、[9]的发病机制有关。因此，阐明调控潘内特细胞发育、功能和可塑性的分子和细胞机制对于深入理解肠道稳态和相关疾病的发病机制至关重要。
作为蛋白质合成机制的核心组成部分，核糖体蛋白直接参与与蛋白质生产密切相关的细胞过程，包括IECs的更新、修复和功能维持[10]。核糖体蛋白L26（RPL26）是60S大核糖体亚基的组成部分，定位于内质网（ER）膜附近[11]。先前的研究已确定RPL26的赖氨酸残基K132和K134是UFMylation的主要位点[12]。然而，这些残基在IECs中的UFMylation缺陷的功能影响尚不明确。
UFMylation是一种相对较新的类泛素修饰系统，由泛素折叠修饰剂1（UFM1）、泛素类似修饰剂激活酶（UBA5）、UFM1结合酶1（UFC1）和UFM1特异性连接酶1（UFL1）组成。该途径越来越多地参与ER应激及相关生物途径的调控[13]。越来越多的证据表明，删除核心UFMylation途径基因（包括UFL1、UFBP1和CDK5RAP3）会导致肠道潘内特细胞异常，突显了这种修饰在维持肠道稳态中的关键作用[14]、[15]。此外，UFMylation系统通过调节内质网自噬（ER-phagy）来减弱未折叠蛋白反应（UPR）的过度激活[16]、[17]。鉴于潘内特细胞具有高度分泌性，并且依赖自噬与UPR之间的精确协调来维持ER稳态[18]，了解UFMylation如何影响潘内特细胞的功能是一个重要的研究方向。阐明这些机制不仅将加深我们对UFMylation在肠道生物学中的生物学功能的理解，还可能为IBD等疾病提供新的治疗途径。
本研究发现，肠道潘内特细胞中RPL26和UFM1的表达量丰富。在IECs中破坏RPL26 UFMylation会导致潘内特细胞发育受损、上皮屏障完整性降低以及结肠炎易感性增加。进一步的研究表明，RPL26 UFMylation的丢失通过泛素介导的ATG16L1降解破坏了潘内特细胞的稳态，进而抑制了ER-phagy并促进了ER应激依赖性凋亡。总体而言，这些发现表明RPL26的UFMylation对于潘内特细胞的正常发育和维持至关重要。
部分内容
动物来源、饲养和护理
Villin-Cre+转基因小鼠来自GemPharmatech有限公司，具有C57BL/6J遗传背景。携带RPL26 K132和K134残基赖氨酸到精氨酸突变的条件性敲入小鼠（RPL26 K132/134R flox/flox）由上海南方模型生物技术有限公司生成。所有小鼠都在特定的无病原体（SPF）条件下饲养，环境受控（温度：23±2°C；相对湿度：40%–60%），光照周期为12小时/天（从8:00开始照明）
小肠上皮中RPL26和UFM1的表达
研究了2个月龄（2M）和8个月龄（8M）野生型雄性小鼠小肠中RPL26和UFM1的表达情况。免疫荧光染色显示，绒毛和隐窝的上皮细胞中RPL26在细胞质中大量表达（图1A）。与此一致，2M和8M小鼠的RPL26 mRNA和蛋白质水平保持稳定（图1B, C），表明其表达没有随年龄显著变化
讨论
建立了一种肠上皮特异性RPL26 UFMylation缺陷小鼠模型，揭示了这种翻译后修饰在维持肠道稳态中的关键作用。主要发现包括杯状细胞和潘内特细胞的严重丢失以及随之而来的抗菌分泌功能受损。进一步的研究表明，该研究确定了ATG16L1-ER-phagy-ER应激轴是RPL26 UFMylation作用的中心途径
结论
总之，本研究表明，RPL26 UFMylation缺陷会导致显著的肠道异常，包括形态改变和功能损伤。观察到小肠杯状细胞和潘内特细胞数量显著减少，从而影响了抗菌肽的分泌。RPL26 UFMylation通过ATG16L1-ER-phagy途径对维持肠道稳态至关重要
作者贡献声明
徐俊杰：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿。陈志熙：验证。李萍：验证。严晶晶：验证。邓志涵：验证。陈芳慧：可视化。蔡亚飞：撰写 – 审稿与编辑。
伦理批准和参与同意
所有实验均遵循相关指南和规定进行。所有涉及小鼠的程序和方案均符合南京农业大学动物研究委员会（SYXK-2017-0027）的指导方针。本文不包含任何涉及人类受试者的研究。
资助
本研究得到了国家科技创新项目2030（2030ZD0404803）的支持。
