上海交通大学唐元家团队/中日友好医院左先波团队：I型IFN通路正反馈调节因子SPATS2L在狼疮中发挥重要作用

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系统性红斑狼疮（SLE）是一种典型的慢性自身免疫性疾病，具有显著的遗传易感性。该病表现为多器官受累，包括皮肤、肌肉、骨骼、肾、肺和心血管系统等。尽管进行了广泛的研究，但狼疮的确切病因仍不完全清楚。既往研究提示，I型干扰素（IFN）的异常活化是SLE的主要致病因素，在SLE的发生发展中起重要作用。最近，上海交通大学医学院附属仁济医院唐元家团队/中日友好医院左先波团队发现IFN刺激基因SPATS2L是I型干扰素信号通路的正反馈调节因子，与SLE疾病活动密切相关。研究团队通过整合全基因组关联研究（GWAS）和表达数量性状位点（eQTL）分析发现SLE-eGene SPATS2L在SLE中的表达升高与IFN信号通路显著相关，进而影响疾病进展。此外，通过生物信息学分析及双荧光素酶报告基因技术、蛋白质印迹和流式细胞术成像技术等，研究团队发现敲低SPATS2L可显著降低干扰素反应元件（ISRE）的活性以及IFN 信号通路中关键分子STAT1的表达及磷酸化水平；并且SPATS2L启动子区域存在ISRE，受IFN诱导。2024年8月5日，该团队在Acta Biochimica et Biophysica Sinica期刊在线发表题为“SPATS2L is a positive feedback regulator of the type I interferon signaling pathway and plays a vital role in lupus”的研究论文。

通过生物信息学技术对SLE患者和健康对照者的基因转录表达水平进行分析得到DEGs之后，根据SLE疾病活动指数（SELENA-SLEDAI）评分将患者队列分层为不同的亚组。SPATS2L在SLE疾病活动的亚组表达明显升高，随着疾病活动，SPATS2L的表达水平也明显升高，SPATS2L水平与SLEDAI评分呈显著正相关（R=0.4524，P<0.0001）。此外，SPATS2L对SLE及疾病活动的诊断效能优于其他差异表达基因（如IFI44L、USP18等）（图1A-D）。为了进一步证实SPATS2L与SLE进展相关，通过全基因组关联研究及eQTL分析发现SPATS2L是SLE的顺式eGene（图1E-G）。

图1. SLE患者中SPATS2L的高表达与疾病进展密切相关

接着通过eQTL分析结合富集分析提示存在SNP通过SPATS2L调节IFN信号通路中OAS1、IRF4和其他IFN刺激基因的表达。在SLE患者中进行了相关性分析，确定了58个与SPATS2L相关系数大于0.8的基因（P<0.05），这些基因主要富集在IFN信号通路中，并且SPATS2L与trans-eQTL基因OAS1强相关（R=0.8981，P<0.0001）（图2A-C）。此外，通过对RNA测序数据的分析，发现SPATS2L敲低后干扰素诱导基因（ISG，如OAS1）的表达水平下降。Western blot实验确认了蛋白水平的SPATS2L缺失。RT-qPCR结果进一步验证，在mRNA水平SPATS2L对I型IFN信号通路中的下游基因，包括OAS1和IFIT2产生的影响（图2D-F）。当细胞过表达SPATS2L后，也观察到了OAS1和IFIT2表达水平上调（图2G）。

图2. SPATS2L与IFN信号通路密切相关

为了进一步阐明SPATS2L在IFN信号级联中的作用，首先通过ISRE-双荧光素酶报告基因系统证实了敲低SPATS2L显著降低了ISRE的活性（图3A）。无论IFN信号通路的激活状态如何，SPATS2L敲低均导致STAT1和JAK1的mRNA水平显著降低（图3B）。同样，在SPATS2L过表达后，STAT1和JAK1的表达水平显著增加（图3C）。Western blot分析显示，SPATS2L敲低后，STAT1磷酸化显著降低（图3D）。此外采用流式成像技术，检测到SPATS2L表达减少对STAT1核转位效率的显著影响（图3E、F）。

图3.  SPATS2L影响I型IFN信号通路中STAT1的表达水平和磷酸化

通过分析ENCODE ChIP-seq数据，在SPATS2L的转录起始位点附近确定了IRF9、STAT1和STAT2的结合信号，这与ISRE基序的存在重合（图4A）。随后，在健康人的外周血细胞及Jurkat细胞株中证实，在IFN信号通路激活后，SPATS2L表达显著增加，并且与IFN-α剂量及刺激时间呈正相关（图4B-D）。此外，外周血单细胞测序数据表明，各种细胞亚群（包括DCs、CD8+ T、CD4+ T、单核细胞和NK细胞等）的SPATS2L表达显著增加（图4E、F）。在IFN-K治疗后，SPATS2L在转录组水平显著下调（图4G）。

图4. I型IFN调节SPATS2L的表达

SPATS2L在SLE患者外周血细胞亚群中的表达及其特异性尚不清楚。因此，研究分析了来自GSE135779数据集的单细胞测序数据，提示SPATS2L在cDCs和单核细胞中高表达，而在SLE发病后的多个细胞亚群（包括CD14+和CD16+单核细胞、CD4+和CD8+ T细胞以及B细胞）中，SPATS2L表达都显著增加（图5A、B）。此外利用化学合成的siRNA抑制了SPATS2L在SLE患者中的表达，发现沉默SPATS2L可抑制狼疮患者的IFN信号通路（图5C、D），这些结果表明靶向SPATS2L来减轻SLE患者IFN通路过度激活的可能性。

图5. 针对SPATS2L的靶向干预有利于恢复SLE患者异常激活的干扰素信号通路

这项研究揭示了eGene SPATS2L与SLE活动之间的显著相关性，证明了SPATS2L的上调是由I型IFN诱导的，并将其定位为IFN信号通路的正调节因子（图5E）。SPATS2L通过促进IFN通路的进一步激活，加重SLE患者的疾病严重程度，促进疾病进展。因此，SPATS2L有潜力成为疾病诊断的生物标志物、疾病活动度的指标和有前景的治疗靶点。

SPATS2L is a positive feedback regulator of the type I interferon signaling pathway and plays a vital role in lupus 

Mengke Chen^1,†, Yutong Zhang^1,†, Weiwen Shi^1,†, Xuejiao Song^6,†, Yue Yang^6,7, Guojun Hou¹, Huihua Ding¹, Sheng Chen¹, Wanling Yang², Nan Shen^1,3,4,5, Yong Cui⁶, Xianbo Zuo^6,7,*, Yuanjia Tang^1,*

¹Shanghai Institute of Rheumatology, Renji Hospital, Shanghai Jiao Tong University School of Medicine (SJTUSM), Shanghai 200001, China, ²Department of Paediatrics and Adolescent Medicine, The University of Hong Kong, Hong Kong 999077, China, ³State Key Laboratory of Oncogenes and Related Genes, Shanghai Cancer Institute, Renji Hospital, Shanghai Jiao Tong University School of Medicine (SJTUSM), Shanghai 200032, China, ⁴Center for Autoimmune Genomics and Etiology, Cincinnati Children’s Hospital Medical Center, Cincinnati OH 45229, USA, ⁵Department of Pediatrics, University of Cincinnati College of Medicine, Cincinnati OH 45229, USA, ⁶Department of Dermatology, China-Japan Friendship Hospital, Beijing 100029, China, and ⁷Department of Pharmacy, China-Japan Friendship Hospital, Beijing 100029, China

^† These authors contributed equally to this work.

通讯作者

唐元家，上海交通大学医学院附属仁济医院，研究员，博士研究生导师。从事系统性红斑狼疮等自身免疫病的发病机制研究，主攻方向为基因组暗物质编码的非编码RNA和短肽在人类疾病中的作用研究。发表SCI收录论文41篇，被SCI引用1000余次。以第一作者/通讯作者发表SCI论文14篇。申请国际国内专利10项，授权5项。主持了5项国家自然基金项目，作为课题副组长和项目骨干分别参与了国家863计划、973计划和国家重点研发计划等。

左先波，中日友好医院大数据研究部主任、药物临床实验中心副主任、科技中心副主任，医学博士，研究员。主要研究方向为生物信息学、药物基因组学和医学大数据。长期从事多组学数据分析和人工智能工作。基于大数据建立了中国人群个体化精准用药数据库和分析系统。以第一作者/通讯作者发表SCI论文40余篇，获得授权发明专利多项。获中华医学会科技进步一等奖和安徽省自然科学一等奖。主持和承担了国家自然科学基金、“973”和重大专项等二十多项国家级项目的数据分析工作。