STX12 基因敲除引发致命炎症反应：肺部线粒体 DNA 释放与 cGAS-STING 通路激活的探秘之旅

《Cell Communication and Signaling》：Pulmonary mitochondrial DNA release and activation of the cGAS-STING pathway in Lethal Stx12 knockout mice

为探究 STX12 缺乏的病理生理改变及致死机制，研究人员构建 Stx12 基因敲除小鼠和敲低斑马鱼模型开展研究。结果发现 STX12 缺失导致线粒体损伤、mtDNA 释放，激活 cGAS-STING 通路和炎症反应，这为揭示相关疾病机制提供了新视角。

　　在细胞的微观世界里，有一群名为 SNARE 的蛋白质家族成员，它们如同忙碌的 “搬运工”，在细胞的膜融合过程中发挥着关键作用。其中，STX12 作为 SNARE 家族的一员，参与细胞内囊泡运输和膜融合，对细胞的正常运作意义重大。然而，此前研究虽发现 Stx12 基因敲除小鼠会出现围产期致死和缺铁性贫血症状，但 STX12 缺乏背后的病理生理改变和致死机制却如同隐藏在迷雾中，让科研人员困惑不已。为了揭开这层神秘的面纱，郑州大学第一附属医院的研究人员踏上了探索之旅。他们的研究成果发表在《Cell Communication and Signaling》杂志上，为我们理解 STX12 的功能和相关疾病机制带来了新曙光。
研究人员为开展此项研究，运用了多种关键技术方法。在动物模型构建方面，通过基因编辑技术生成了 Stx12 基因敲除小鼠和敲低斑马鱼模型；实验检测技术上，利用 Western blotting、RT-qPCR 等技术检测蛋白和基因表达水平，借助免疫荧光染色和共聚焦显微镜观察细胞和组织的微观结构变化，还运用高分辨率呼吸测定法评估线粒体呼吸功能。
研究结果如下：

1. 斑马鱼模型的研究：研究人员构建了 Stx12 敲低斑马鱼模型，发现约 80% 的敲低胚胎在受精后 6 小时内死亡。通过 AO 染色和 TMRM 染色实验，证实 Stx12 敲低不会诱导斑马鱼胚胎凋亡，但会导致线粒体膜电位（ΔΨm?）降低，这表明 STX12 在维持斑马鱼胚胎线粒体功能和早期发育中至关重要。
2. 小鼠炎症反应的研究：对 Stx12 基因敲除小鼠的研究发现，其胚胎成纤维细胞（MEFs）线粒体膜电位降低。进一步通过细胞因子阵列分析，发现敲除小鼠血清和肺组织中多种炎症细胞因子水平显著升高，如趋化因子（CCL2、CCL6 等）、细胞因子（G-CSF、IL-1α）等，且炎症主要集中在肺部组织。
3. 肺泡 II 型上皮细胞的研究：在肺泡 II 型上皮细胞（AEC II）中，研究人员发现 Stx12 基因敲除导致线粒体氧化磷酸化（OXPHOS）受损，线粒体复合物亚基 I、II 和 V 的表达水平显著降低。同时，mtDNA 释放到细胞质中，通过免疫荧光染色和 qPCR 实验得到证实，这可能是肺部炎症激活的重要原因。
4. 相关信号通路的研究：研究表明，Stx12 基因敲除激活了肺部组织中的 cGAS-STING-TBK1 通路和 I 型干扰素（IFN）通路。通过 Western blotting 检测相关蛋白表达和磷酸化水平，ELISA 分析 IFN-β 水平，以及 RT-qPCR 验证干扰素刺激基因（ISGs）的表达，揭示了炎症反应的分子机制。
5. 中性粒细胞相关免疫反应的研究：KEGG 分析和实验结果显示，Stx12 基因敲除小鼠肺部存在严重的中性粒细胞相关免疫反应。血液涂片和 qPCR 分析发现，敲除小鼠血液中中性粒细胞数量增加，肺部组织中中性粒细胞标记物和相关趋化因子表达上调，免疫荧光染色也证实了中性粒细胞在肺部的浸润。研究人员尝试用多种干预措施进行救援实验，但均未成功挽救敲除小鼠的致死表型。
   研究结论和讨论部分指出，STX12 在维持线粒体功能和 mtDNA 稳定性方面发挥着关键作用。STX12 缺乏会导致肺部 mtDNA 释放，激活 mtDNA 依赖的先天免疫反应，引发肺部炎症。虽然此前对 Stx12 的研究主要集中在其在胞吞运输等方面的作用，但该研究首次揭示了其在免疫炎症方面的新机制。不过，目前仍存在一些问题，如 cGAS-STING 通路在不同组织中的激活差异，以及 Stx12 基因敲除对其他组织的影响等，有待进一步深入研究。这项研究为理解线粒体与先天免疫反应的关系提供了新的视角，为后续研究线粒体损伤驱动的免疫病理学奠定了基础，也为相关疾病的治疗和干预策略开发提供了潜在的靶点和理论依据 。