李异媛/靳津团队揭示I型干扰素的单核苷酸甲基化在抗病毒先天免疫中的作用与分子机制

随着H1N1、脊髓灰质炎、埃博拉、寨卡和COVID-19的爆发，病毒引起的感染越来越受到人们关注。另外，季节性流感在世界范围内引起严重的发病率和死亡率，并造成巨大的经济损失。因此，阐明抗病毒感染的分子机制十分重要。

近日，东南大学生命科学与技术学院李异媛副研究员联合浙江大学靳津教授实验室在Journal of Experimental Medicine (JEM) 发表题为Single-nucleotide methylation specifically represses type I interferon in antiviral innate immunity 的研究论文，揭示了DNA甲基化在调节抗病毒先天免疫中的重要作用和分子机制。

宿主产生I型和II型干扰素 (IFN) 来防御病毒感染和调节免疫应答。病毒分为DNA和RNA病毒，RNA病毒通过Toll样受体，RIG样受体识别。DNA病毒通过cGAS，AIM2，IFI16等识别。这些感受器触发一系列的级联信号激活转录因子NF-κB，IRF3或IRF7并导致后续I型干扰素的快速产生。I型干扰素一旦产生，通过I型干扰素受体 (IFNAR) 发出信号，进而导致STAT2和STAT1磷酸化，最终导致干扰素刺激基因ISGs的表达。这些早期产生的I型干扰素包括IFN-α和IFN-β，他们诱导感染细胞和靶细胞的抗病毒反应并激活先天免疫细胞，进而控制病毒复制和活化适应性免疫反应、最终清除病毒并产生记忆性细胞。II型干扰素（IFN-γ）主要是自然杀伤细胞在抗病毒天然免疫应答过程中产生的，并依赖于STAT4的磷酸化，随后通过IFN-γ受体促使STAT1的同源二聚化和磷酸化。同样，IFN-γ也可以影响先天免疫细胞的功能进而激活适应性免疫的抗病毒能力。

尽管上述介绍的信号转导和转录因子在干扰素的产生中具有重要作用，近年来，越来越多的研究发现DNA甲基化参与干扰素的调控。DNA甲基化是由介导DNA甲基化和去甲基化的酶所调控的。在胚胎形成期间，DNA甲基化是由DNMT3a和DNMT3b介导的DNA从头甲基化形成的。在细胞分裂时，UHRF1将DNMT1招募到半甲基化的DNA上，以维持有丝分裂期间的DNA甲基化。DNA去甲基化是通过TET家族将其氧化为中间产物，随后通过碱基切除修复被还原为未修饰的胞嘧啶。斑马鱼中Uhrf1或者Dnmt1的突变，导致I类反转录转座子的诱导表达和细胞质DNA病毒感受器激活，进而通过Sting信号通路促使干扰素表达增加。TET3通过招募组蛋白去乙酰化酶1（HDAC1）和转录共抑制因子（SIN3A）到Ifnb1的启动子区，抑制I型IFN的转录，这个过程不依赖于DNA去甲基化。另有研究报道，DNA甲基化抑制剂5-氮胞苷（5-azacytidine，AZA）通过DNA去甲基化上调内源性逆转录病毒的转录，进而通过RNA感受器介导的信号通路促进干扰素IFN-b的分泌。但是与AZA处理导致的去甲基化不同，内源性去甲基化肿瘤中内源性逆转录病毒表达与免疫活性标志物的表达并不是正相关，而是负相关，这说明IFN-a/b信号的失活擦除了由于基因组去甲基化引起的内源性逆转录病毒表达的免疫刺激作用。因此探索表观遗传疗法的不同作用机制具有重要的潜在价值。

该工作发现在不同流感病毒株的致病特性中Uhrf1意想不到的作用。与H5N1相比，H1N1流感病毒导致Uhrf1 mRNA水平显著降低，并增加IFN-I的产生。髓系细胞中Uhrf1的缺失进一步揭示了Uhrf1在病毒诱导死亡和IFN-I诱导中特异的负作用，但是Uhrf1的缺失并不影响该信号通路中关键信号成分的活性。通过全基因组亚硫酸氢盐测序 (WGBS)，该课题组发现uhrf1调控的IFN-I的产生主要是通过Ifnb启动子区的单核苷酸甲基化所介导的。通过使用该单核苷酸特异性突变敲入小鼠和dCas9-Tet1去甲基化工具，证明了在单一甲基化位点靶向去甲基化可以增强IRF3的招募并促进IFN-I的表达。

该研究团队确定了单个CpG核苷酸甲基化是控制人和小鼠IFN-I诱导和抗病毒免疫的基本机制。通过靶向这种DNA甲基化，该团队产生了一种新的佐剂来诱导Ifnb启动子的特异性去甲基化，进而显著提高流感疫苗的有效性。在不同甲型流感病毒菌株感染时，该研究为甲基化降低提供了功能上的见解，提供了Uhrf1表达在甲型流感病毒感染过程中受到抑制的遗传证据，为外部压力如何从表观遗传角度调节先天免疫提供了一个例子。该研究结果还确定了单核苷酸甲基化在控制IFN-I表达中的潜在功能。该发现不仅为调控IFN-I产生的机制提供了重要的见解，而且还暗示了一个通过修饰DNA甲基化的潜在药物靶点。

高正君博士和博士研究生李文平为共同第一作者，李异媛副研究员和靳津教授为本文的共同通讯作者。

原文链接：

https://rupress.org/jem/article/218/3/e20201798/211817/Single-nucleotide-methylation-specifically

制版人：十一