Mol Cell │独立于先天性免疫途径的抗病毒感染新机制

撰文 | 咸姐

先天性免疫是抵抗所有传染性微生物的第一道防线，当机体遭遇病毒感染时，病毒编码的异常核酸结构可被种系编码的模式识别受体（PRR）家族“感知”，如维甲酸诱导基因I（RIG-I）样受体（RLR）和Toll样受体（TLR），从而导致某些信号衔接蛋白的激活，刺激下游信号通路和多种先天免疫效应器的从头转录，如典型的抗病毒细胞因子家族——I型干扰素（IFN），其可以自分泌和旁分泌的方式发挥作用，上调数百个抑制病毒感染的干扰素刺激基因（ISG）【1】。当然，病毒也是极其聪明的，许多病毒都已进化出对抗和逃避IFN信号的方法。比如甲型病毒基孔肯雅病毒（CHIKV），蚊媒传播病毒的一种，其拥有一条约11.8kb的阳性单链RNA基因组，可在被感染宿主细胞的细胞质内复制。CHIVV表现出广泛的感染上皮细胞、内皮细胞和髓细胞亚群的趋向性，导致以虚弱和慢性关节痛为特征的疾病，其可导致数百万人患急性疾病，并利用有效机制对抗和绕过先天免疫途径，包括IFN途径【2,3】。可见，已知的这些经典的信号通路俨然成为一场永不停歇的进化军备竞争的中心战场，在这里病毒不断进化机制以规避抗病毒免疫，而宿主则试图克服病毒介导的先天免疫拮抗。不过，邪不胜正，不论过程多么惨烈，大多数病毒最终都会被清除，这就不得不让人相信，机体必然存在着某些未被发现的额外的免疫调节和功能来对抗这些病毒逃避策略。

近日，来自美国宾夕法尼亚大学的Sara Cherry团队在Molecular Cell在线发表题为The lncRNA ALPHA specifically targets chikungunya virus to control infection 的文章，利用高通量功能缺失性筛选发现了甲型病毒感染诱导的细胞质抗病毒lncRNA ALPHA，其可特异性抑制基孔肯雅病毒（CHIKV）及其近亲阿良良病毒（ONNV）的复制，而不影响其他甲型病毒的复制，并且证实ALPHA能够独立于IFN发挥作用，通过直接结合病毒基因组RNA而阻止病毒RNA复制，由此提示ALPHA和其他潜在的lncRNA可以介导针对特定病毒的非典型抗病毒免疫反应。

本研究的主要目标在于寻找宿主细胞用来对抗CHIKV逃避先天免疫的策略的额外机制，因此研究人员从探索CHIKV感染的转录反应开始，对感染了CHIKV的人脑微血管内皮细胞 （HBMEC） 进行了RNA测序，以另一类虫媒病毒寨卡病毒 （ZIKV） 的感染为对照，以区分病毒特异性途径和病毒感染普遍诱导的途径 （如IFN） 。实验结果显示，与ZIKV相比，CHINKV感染的细胞中显著上调的转录本总数和许多诱导的典型固有免疫基因的相对水平都降低了，提示CHIKV比ZIKV在更大程度上规避了经典信号。值得注意的是，研究人员发现lncRNA在感染诱导的全部转录本中占很大一部分，而且与经典的免疫编码基因不同，这些lncRNA要么是CHIKV特异性的，要么就是zikv特异性的。由此表明lncRNA可能是病毒特异性抗病毒反应的关键介质。

为了鉴定具有抗CHIKV活性的lncRNA，研究人员对HBMEC中2200个lncRNA进行了高通量RNAi筛选，然后感染病毒复制过程中表达mKate荧光报告基因的CHIKV。结合RNA测序数据，研究人员发现了9种尚未被表征的潜在抗病毒lncRNA，它们的缺失可导致CHIVV感染细胞的百分比增加。经过二次筛选和核质分离鉴定，研究人员发现了其中一个位于细胞质中的lncRNA，并将其命名为 ALPHA （Antiviral lncRNA Prohibiting Human Alphaviruses） ，同时证实，在HBMEC中敲低ALPHA后，病毒RNA、滴度以及感染细胞百分比都显著增加，而过表达ALPHA则使细胞中的CHIVV显著减弱，由此证实ALPHA是一种对CHIKV具有强大抗病毒活性的细胞质lncRNA。

进一步地探索CHIVV感染期间ALPHA的转录调控，研究人员发现CHIVV感染能以剂量依赖的方式有效诱导ALPHA RNA，并且是以甲型病毒感染特异性和病毒复制依赖性的方式被诱导的，而且独立于经典的细胞因子、典型的先天免疫信号通路和其他特异性CHIVV诱导的通路。此外，在其他类型的细胞 （如原代人单核细胞、肺上皮癌细胞和骨肉瘤细胞） 中感染CHIVV并不会诱导ALPHA的表达，表明ALPHA的表达是以病毒和细胞类型特异性的方式调节的。

那么，ALPHA到底是如何减弱CHIVV感染的呢？首先，研究人员发现ALPHA的抗CHIVV活性是独立于IFN和ISG的转录或翻译，也独立于IFN信号通路。值得一提的是，ALPHA的抗病毒活性也高度局限于关系密切的甲型病毒CHIVV和ONNV，而稍远一些的甲型病毒或不相关的其他类型病毒均不受其影响。接下来研究人员探讨了ALPHA如何干扰CHIVV的复制周期。实验结果发现，无论是用环己酰亚胺 （CHX） 抑制病毒翻译 （细胞内病毒复制的第一步） ，还是在病毒进入细胞后给予氯化铵 （NH₄Cl） 以抑制继发感染所需的内吞酸化，都不影响ALPHA对病毒的调控，表明ALPHA活性既不调控病毒的早期进入，也不影响病毒的传播，而是调节CHIKV生命周期的某个细胞内步骤。进一步地实验数据表明，ALPHA可以减弱早期病毒RNA的复制，而这是通过抑制病毒的抗基因组产生实现的。深入的研究证实，ALPHA可以与CHIKV基因组RNA相互作用，而且这种潜在的相互作用发生在细胞质中，不需要其他细胞因子的参与，而ALPHA的外显子1的3’-末端是其与CHIKV基因组结合的最低要求，主要在CHIKV基因组的5’-端的nsp1内发生相互作用。

综上所述， 本研究首次确定ALPHA为细胞质中识别和控制CHIVV感染所需的一种新型抗病毒lncRNA，为细胞质lncRNA对密切相关的病毒具有直接抗病毒活性提供了证据，同时证明了宿主lncRNA可以与病毒基因组发生物理相互作用，破坏病毒复制，由此提示lncRNA可作为抗病毒效应因子发挥更大作用，其能够独立于典型的先天免疫反应直接抑制病毒感染。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.molcel.2022.08.030

制版人：十一

参考文献

1. Chow, K.T., Gale, M., Jr., and Loo, Y.M. (2018). RIG-I and other RNA sensors in antiviral immunity. Annu. Rev. Immunol. 36, 667–694.

2. Fox, J.M., and Diamond, M.S. (2016). Immune-mediated protection and pathogenesis of Chikungunya virus. J. Immunol. 197, 4210–4218.

3. Akhrymuk, I., Kulemzin, S.V., and Frolova, E.I. (2012). Evasion of the innate immune response: the Old World Alphavirus nsP2 protein induces rapid degradation of Rpb1, a catalytic subunit of RNA polymerase II. J. Virol. 86, 7180–7191.

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