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在人体中，腺苷脱氨酶（ADA）和嘌呤核苷磷酸化酶（PNP）突变会引发免疫紊乱，但机制不明。研究人员以秀丽隐杆线虫为模型，开展了 ADA 和 PNP 对细胞内免疫反应调控的研究。结果发现，ADAH - 1 缺失可诱导免疫反应，脱氧腺苷能增强线虫和人类细胞的抗病原体能力。该研究为理解免疫调控机制提供新视角。
在生命的微观世界里，核苷酸就像一把双刃剑，既是生命活动不可或缺的 “能量货币”，也是宿主与病原体激烈争夺的 “战略资源”。尤其是对于像微孢子虫这类必须依赖宿主核苷酸进行复制的胞内病原体，以及缺乏核苷酸合成机制的病毒来说，宿主细胞内的核苷酸水平变化直接影响着感染的进程。为了抵御病毒感染，宿主进化出了多种策略，比如利用某些酶降解核苷酸，让病原体 “断粮”。然而，在这个复杂的 “战争” 中，嘌呤 salvage 途径中的关键酶 —— 腺苷脱氨酶（ADA）和嘌呤核苷磷酸化酶（PNP）的突变，却会在人体内引发复杂的免疫紊乱综合征，既可能导致免疫缺陷，也可能引发炎症反应，但背后的机制一直是个谜。
在这样的背景下，来自美国加利福尼亚大学圣地亚哥分校等多个研究机构的科研人员决定深入探索。他们选择了秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans）作为研究模型，这种小线虫虽然结构简单，却有着与人类相似的免疫反应机制。研究人员希望通过对线虫的研究，揭开 ADA 和 PNP 突变影响免疫反应的神秘面纱，为理解人类相关疾病的发病机制提供线索。最终，他们的研究成果发表在了《iScience》杂志上。
为了开展这项研究，科研人员采用了多种关键技术方法。在基因功能研究方面，运用 RNA 干扰（RNAi）技术，特异性地降低目标基因的表达，观察其对免疫反应的影响；借助 CRISPR/Cas9 基因编辑技术，精确敲除基因，进一步验证基因功能。通过转录组测序（RNAseq）分析基因表达谱的变化，了解基因调控网络。利用代谢组学技术，检测嘌呤代谢物的水平，探究代谢途径与免疫反应的关联。
研究结果如下：
- ADAH - 1 是 IPR 的负调控因子且对幼虫发育至关重要：科研人员通过 RNAi 筛选发现，敲低一个此前未被鉴定的基因 C06G3.5（后命名为 ADAH - 1）可诱导 pals - 5p::GFP 表达，类似 pnp - 1 RNAi 的效果。利用 CRISPR/Cas9 技术构建的 adah - 1 缺失突变体，在幼虫发育阶段出现停滞，但 pals - 5p::GFP 表达显著上调。此外，引入 adah - 1 的转基因可挽救突变体的发育缺陷和 pals - 5p::GFP 的表达异常，这表明 ADAH - 1 是 IPR 的负调控因子，并且对幼虫发育必不可少。
- ADAH - 1 敲低诱导 IPR 基因表达：RT - qPCR 和 RNAseq 分析显示，adah - 1 RNAi 处理后，pals - 5 等 IPR 基因的 mRNA 表达显著增加，且与 pnp - 1 RNAi 处理的效果相似。基因集富集分析（GSEA）表明，adah - 1 RNAi 显著上调了一系列与自然肠道病原体感染、其他 IPR 激活剂处理后相同的基因，进一步证实了 ADAH - 1 作为 IPR 负调控因子的作用。
- ADAH - 1 具有典型的腺苷脱氨酶功能：代谢组学分析发现，pnp - 1 突变体中肌苷和腺苷水平升高，次黄嘌呤水平降低；而 adah - 1 RNAi 处理的动物中，腺苷水平显著增加，肌苷和次黄嘌呤水平下降。这表明 ADAH - 1 在嘌呤 salvage 途径中位于 PNP - 1 上游，催化腺苷转化为肌苷，具有典型的腺苷脱氨酶功能。
- 脱氧腺苷补充诱导 IPR 基因表达：通过饮食补充嘌呤代谢物实验，研究人员发现补充脱氧腺苷可显著诱导 pals - 5p::GFP 表达，并呈剂量依赖性。RT - qPCR 结果显示，补充脱氧腺苷后，pals - 5 等 IPR 基因的 mRNA 表达增加，且这种诱导作用依赖于转录因子 ZIP - 1。此外，抑制核糖核苷酸还原酶（RNR）可降低 pnp - 1 突变体中 pals - 5p::GFP 的表达，支持了脱氧腺苷积累诱导 IPR 基因表达的模型。
- ADAH - 1 敲低和脱氧腺苷补充均增强对胞内病原体的抗性：感染实验表明，adah - 1 RNAi 处理的线虫对奥赛病毒（Orsay virus）和微孢子虫病原体 N. parisii 的病原体载量显著降低，即抗性增强。补充脱氧腺苷同样能降低线虫对这两种病原体的载量，并且在人类脐静脉内皮细胞中，补充脱氧腺苷也能增强对微孢子虫 Encephalitozoon intestinalis 的抗性，且这种抗性与 IFN - I 信号通路相关。
- ADAH - 1 广泛表达并在肠道和表皮中调节 IPR 基因表达和病原体抗性：通过分析表达 mScarlet 标记的 ADAH - 1 的转基因动物，发现 ADAH - 1 在多个组织中表达，包括肠道、表皮、神经元和体壁肌肉。组织特异性 RNAi 实验表明，敲低肠道或表皮中的 adah - 1 均可诱导 IPR 基因表达和增强对奥赛病毒的抗性。此外，在 adah - 1 突变体中，肠道或表皮特异性表达 adah - 1 可挽救其发育缺陷和 pals - 5p::GFP 表达缺陷。
综上所述，该研究首次对秀丽隐杆线虫中的 ADA 基因（ADAH - 1）进行了分析，发现其与 PNP - 1 在调节免疫反应方面具有相似作用，二者缺陷均会导致脱氧腺苷积累，进而激活免疫基因表达和增强对胞内病原体的抗性。同时，研究还揭示了 ADAH - 1 在发育中的重要性以及其在不同组织中的功能差异。然而，研究也存在一定局限性，如未能直接检测到脱氧腺苷，未明确 ADAH - 1 在肌肉和神经元细胞中的作用，以及脱氧腺苷诱导 IPR 的具体机制仍不清楚等。尽管如此，这项研究为深入理解嘌呤代谢与免疫反应的关系提供了重要依据，有助于进一步探究人类相关免疫紊乱疾病的发病机制，为未来开发新的治疗策略奠定了基础。
