刘志红院士团队发现 PLD4 基因功能缺失性突变导致人类 SLE，揭示其致病机制
2025-09-12
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系统性红斑狼疮（SLE）是一种高度异质性的自身免疫性疾病，常伴多种自身抗体及系统性脏器损伤。遗传和环境因素共同介导的自身免疫稳态失衡是 SLE 发生发展的关键。随着科技的高速发展，越来越多人类疾病相关地致病基因被一一破解，目前已发现 30 余个 SLE 的致病基因。PLD4 基因功能缺失性突变导致人类 SLE 的发现，续写着 SLE 精准诊断和个体化治疗的新篇章。
2025 年 9 月 10 日，浙江大学良渚实验室、东部战区总医院国家肾脏疾病临床医学研究中心刘志红院士团队在 Nature 杂志在线发表了题为「Loss-of-function mutations in PLD4 lead to systemic lupus erythematosus」的研究论文，首次确证了 PLD4 基因功能缺失性突变可导致人类 SLE；阐明了 PLD4 突变引起 Toll 样受体 7（TLR7）和 TLR9 过度活化，激活 I 型干扰素信号通路，驱动浆细胞样树突状细胞（pDCs）与浆细胞（PCs）内在性扩增，导致自身免疫稳态失衡和 SLE 的核心分子机制；提出了基于核心致病通路的精准干预策略。
图 1. 刘志红院士团队 Nature 发文，揭示 SLE 遗传致病新机制
利用 SLE 家系首次发现 PLD4 双等位基因突变
磷脂酶 D 家族成员 4（phospholipase D family member 4，PLD4）在树突状细胞、单核细胞和 B 细胞中高表达。其作为一种定位于内溶酶体的 5』核酸外切酶，能够切割单链 RNA 和单链 DNA，从而限制 TLR7 和 TLR9 的过度激活。Pld4 基因敲除小鼠会出现一系列自身免疫表型，包括体重减轻、脾脏肿大、自身抗体增加和免疫复合物沉积。此外，同时缺失 Pld4 及其家族成员 Pld3 的小鼠会在幼年期死亡。尽管 Pld4 缺陷小鼠会出现自身免疫表型，但 PLD4 基因突变导致的人类疾病尚未见报道。
通过对大型狼疮肾炎家系队列的筛选，研究团队在 5 个家系的 5 例狼疮肾炎患者中均鉴定到 PLD4 双等位基因突变（P181L、D189E、R201Q、Y248C、A323V、A364Rfs*45 和 G457D）；且所有突变都定位于 PLD4 蛋白催化结构域，均为罕见变异和有害变异。
图 2. PLD4 基因功能缺失性突变导致 SLE 的核心致病通路和关键效应细胞。
PLD4 突变显著激活 DCs 细胞功能
通过转录组测序和流式细胞术，研究团队发现携带 PLD4 基因功能缺失性突变患者外周血单个核细胞（PBMCs）中 I 型干扰素、NF-κB 等炎症信号通路显著激活，并伴多种炎症细胞因子表达升高。单细胞转录组测序证实 PLD4 特异性表达于 DCs 细胞中，相应地，I 型干扰素以及 TLR7/9 通路相关基因、炎症细胞因子及趋化因子水平在 PLD4 特异性表达的 DCs 细胞中升高也最为显著。研究结果显示携带 PLD4 基因功能缺失性突变患者 DCs 细胞中 TLR7/9 及其下游的 I 型干扰素通路呈现显著激活状态，提示 PLD4 缺陷可能通过影响 DCs 细胞功能引发患者系统性炎症和自身免疫反应。
PLD4 基因突变激活关键免疫炎症信号通路
酶活测定发现，携带 PLD4 突变患者来源细胞、突变的 PLD4 蛋白及过表达 PLD4 突变质粒的 HEK293T 细胞中核酸外切酶活性均显著降低，对内体-溶酶体内单链核酸底物的降解能力下降。Western blot 及流式分析发现，患者 PBMC 中 TLR7 的全长和激活形式均上调，表明 TLR7/9 信号通路的异常激活；同时下游炎症信号传导，如 I 型干扰素和 MAPK 通路激活。此外，与健康对照及不携带 PLD4 变异的 SLE 患者相比，PLD4 基因突变的患者 PBMC 在 TLR9 激动剂刺激下表现出更强的炎症应答。在 PLD4 缺陷的 THP-1 细胞系中同样观察到炎症信号通路上调及对 CpG-DNA 的反应增强。研究结果表明 TLR7/9 通路是 PLD4 功能缺失调控的关键信号通路。
既往研究显示在 Pld3-/-/Pld4-/-双敲除小鼠模型中 STING 依赖性信号传导被激活；并且 PLD3 缺乏会诱导线粒体 DNA 的溶酶体积累，并渗漏至胞质，从而触发 cGAS-STING 通路激活和随后的自噬。因此研究团队进一步探讨了 STING 通路在 PLD4 缺陷驱动的炎症中的作用。发现 PLD4 敲除的 THP-1 细胞系中 STING 的磷酸化和炎症信号通路显著增强，而 STING 特异性抑制剂 H-151 则能有效地减弱 PLD4 缺乏诱导的 I 型干扰素等炎症信号激活。研究结果表明 STING 通路是 PLD4 功能缺失调控的另一关键信号通路。
PLD4 基因突变导致 pDCs 和浆细胞的内在性扩增
为揭示 PLD4 基因功能缺失性突变导致 SLE 的致病机制及其主要效应免疫细胞群，研究团队构建了 Pld4 基因敲除小鼠模型。结果显示，Pld4 缺陷小鼠表现出典型的狼疮样表型，包括体重减轻、脾肿大、自身抗体升高及肾脏免疫复合物沉积等。多组织炎症分析显示，肾脏是 Pld4 缺陷受累最显著的器官，组织病理损伤最重，且炎症因子及干扰素刺激基因（ISGs）表达升高最显著，这与人类患者狼疮肾炎表型高度一致。进一步观察发现 Pld4 基因敲除小鼠肾脏中不仅固有细胞炎症反应增强，还伴有大量免疫细胞浸润，尤其是 pDCs 及 PCs 显著增多。最后研究团队通过混合骨髓嵌合体小鼠模型，证实 pDCs 和 PCs 的异常扩增是 PLD4 基因缺陷的细胞内在作用，从而阐明了 PLD4 在维持免疫稳态中的关键作用。
图 3. PLD4 基因功能缺失性突变导致 SLE 的机制模式图
PLD4 基因功能缺失性突变致病核心通路的靶向干预
基于患者与 Pld4 基因敲除小鼠模型中异常上调的 I 型干扰素信号通路，研究团队采用 JAK 抑制剂巴瑞替尼（baricitinib）对 Pld4 缺陷小鼠进行干预。结果显示，该治疗可显著缓解 Pld4 缺陷小鼠体重下降、脾肿大、自身抗体产生、免疫复合物沉积及组织炎症等自身免疫表型。进一步还发现巴瑞替尼在患者来源的 PBMC 中同样能有效抑制 I 型干扰素通路的过度激活，为携带 PLD4 基因功能缺失性突变的 SLE 患者提供了潜在的精准治疗策略。
研究意义：
（1）首次揭示 PLD4 基因功能缺失性突变导致人类 SLE
本研究通过家系分析，首次锁定了 PLD4 基因功能缺失性突变与人类 SLE 的关系。在 5 例 SLE 患者中均鉴定出 PLD4 双等位基因功能缺失突变，凸显了内体核酸稳态失调在 SLE 中的关键作用。PLD4 作为 SLE 致病基因及靶向干预靶点的发现，为深入理解 SLE 分子机制，提升疾病预防和精准诊断水平奠定了坚实的基础。
（2）阐明 PLD4 基因功能缺失性突变介导自身免疫稳态失衡的分子机制，为自身免疫性疾病发病机制研究提供重要依据
研究首次系统揭示了 PLD4 基因功能缺失性突变导致其核酸外切酶活性显著降低，激活 TLR7/9 通路，驱动 pDCs 和 PCs 等免疫细胞内在性扩增，从而介导自身免疫稳态失衡的关键机制。由于，PLD4—TLR7/9 轴驱动的 SLE 与多种自身免疫和炎症性疾病具有相似性；且全基因组关联研究显示，PLD4 还与多种自身免疫性疾病易感性相关；因此 PLD4 缺陷个体可能表现出更为复杂的临床表型。本研究提供的遗传学和机制性见解，不仅为更加深入地理解机体免疫稳态调控机制提供了重要依据，也为更广泛地探索免疫性疾病发病机制和治疗策略提供了重要参考。
（3）提出靶向 SLE 核心致病通路的干预新策略
本研究在阐明分子机制的基础上，验证了靶向 I 型干扰素效应通路的 JAK 抑制剂 — 巴瑞替尼，对 Pld4 缺陷小鼠及患者来源的细胞均具有良好的治疗作用，这为开展靶向核心致病通路和关键效应细胞的 SLE 个体化治疗提供了重要依据。而 PLD4 致病基因筛查有望成为未确诊 SLE 患者的标准化检测手段，以识别可能从 PLD4 靶向治疗中获益的群体。
综上所述，本研究首次证实了 PLD4 功能缺失性突变可导致人类 SLE，并深度解析了其驱动 pDCs 和浆细胞内在性功能失调导致自身免疫稳态失衡的核心致病机制。研究结果不仅解析了 SLE 遗传致病新机制，还为进一步理解机体免疫稳态维持机制和更加广泛地自身免疫性疾病的分子机制提供了理论依据，同时也为未来 SLE 的精准基因诊断及个体化治疗奠定了基础。
浙江大学良渚实验室博士后王钦涛，博士生朱泓昊、孙相威，东部战区总医院国家肾脏疾病临床医学研究中心张昌明研究员，浙江大学良渚实验室博士生马双悦为该论文共同第一作者。浙江大学良渚实验室/东部战区总医院国家肾脏疾病临床医学研究中心刘志红院士，浙江大学良渚实验室俞晓敏研究员、周青教授为该论文共同通讯作者。
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