干擾素刺激基因C19orf66的抗病毒機(jī)制研究

黃飛虎 余姣 萬謨彬

干擾素(IFNs)作為一種可抑制流感病毒復(fù)制的物質(zhì)于1957年首次被發(fā)現(xiàn)[1]，其介導(dǎo)的反應(yīng)是機(jī)體抗病毒感染的第一道天然免疫防線。干擾素具有抗病毒、抗菌及免疫調(diào)節(jié)等多重功能。目前臨床上干擾素主要用于治療病毒性肝炎及惡性腫瘤和多發(fā)性硬化癥等自身免疫病[2]。病毒入侵宿主細(xì)胞時產(chǎn)生IFN觸發(fā)數(shù)百種的IFN刺激基因(ISGs)快速轉(zhuǎn)錄，直接或間接具有抗病毒作用和控制IFN[3]。 IFN刺激基因C19orf66(也稱IRAV，UPF0515，RyDEN)是ISGs家族的一個年輕成員，于2011年由Schoggins及其同事通過篩查方法發(fā)現(xiàn)并鑒定為一種新型ISG[4]。C19orf66基因編碼一個291個氨基酸的蛋白質(zhì)，計算分子量為33.1 kDa，該蛋白質(zhì)與任何已知的蛋白質(zhì)家族沒有同源性，也沒有預(yù)測的酶促活性[5-6]。它最早被描述為是登革熱病毒(DENV)、寨卡病毒(ZIKV)、卡波西氏肉瘤相關(guān)皰疹病毒(KSHV)和人類免疫缺陷病毒(HIV)的有效限制因子[6-9]。之后，C19orf66也被發(fā)現(xiàn)可由丙型肝炎病毒(HCV)誘導(dǎo)并顯示抗病毒作用，在過去30年HCV的相關(guān)研究提供了對IFN反應(yīng)的分子機(jī)制以及逃避宿主防御力和持續(xù)生存的復(fù)雜病毒策略的重要見解[10]，然而有關(guān)C19orf66的抗病毒分子機(jī)制一直不明確。近年來，隨著基因編輯、二代測序等新研究手段、方法的應(yīng)用，C19orf66這一作用廣泛的ISG機(jī)制得以重新認(rèn)識。

一、C19orf66的抗HCV機(jī)制

最近，Volker Kinast及其同事[5]證實C19orf66是干擾素誘導(dǎo)的HCV復(fù)制抑制劑。該研究顯示HCV感染后，人類原代肝細(xì)胞和慢性丙型肝炎(CHC)以及pegIFN-α/利巴韋林療法可誘導(dǎo)CHC患者C19orf66表達(dá)， C19orf66的表達(dá)可限制HCV的感染，而CRIPSPR / Cas9介導(dǎo)的C19orf66敲除減弱了IFN介導(dǎo)的HCV復(fù)制的抑制作用。HCV感染的標(biāo)志是病毒復(fù)制細(xì)胞器(膜狀網(wǎng)，MW)的形成，MW是病毒RNA復(fù)制的推測位點[11-12]，對亞基因組HCV復(fù)制子和表達(dá)系統(tǒng)的研究表明，C19orf66表達(dá)削弱了HCV誘導(dǎo)的磷脂酰肌醇-4-磷酸[PI(4)P]升高，干擾了功能齊全的MW形成，從而靶向限制病毒RNA復(fù)制。此外，免疫共沉淀后再進(jìn)行質(zhì)譜分析，確定了C19orf66通過鋅指基序(zinc-fifinger motif)與應(yīng)激顆粒相關(guān)的核蛋白RO60、RBPMS和CELF1相互作用，形成含有胞質(zhì)核糖核酸C19orf66的顆粒，而顆粒破壞部分地減少病毒復(fù)制。

二、C19orf66的抗Zika機(jī)制

I型IFN通過數(shù)百個ISG的協(xié)同表達(dá)發(fā)揮其免疫調(diào)節(jié)和保護(hù)作用，最終使細(xì)胞分化為抗病毒狀態(tài)，包括ZIKV[13]，而ZIKV NS3蛋白酶結(jié)構(gòu)域?qū)τ诓《径嗟鞍浊懈詈屯ㄟ^切割銜接蛋白STING減少I型IFN的產(chǎn)生很重要[14]。 中山大學(xué)的吳云團(tuán)隊[7]的一項C19orf66抑制ZIKV的研究，C19orf66可以通過ZIKV感染和IFN-I治療誘導(dǎo)，C19orf66的過表達(dá)可以抑制宿主細(xì)胞中的ZIKV復(fù)制，相反，耗盡C19orf66的細(xì)胞表現(xiàn)出病毒復(fù)制的增加。C19orf66的表達(dá)上調(diào)可以結(jié)合異位和內(nèi)源表達(dá)的ZIKV NS3蛋白，通過介導(dǎo)溶酶體依賴性途徑促進(jìn)NS3降解而限制ZIKV復(fù)制。

三、C19orf66的抗KSHV機(jī)制

皰疹病毒的一個顯著特征是通過使用病毒編碼的核酸內(nèi)切酶誘導(dǎo)宿主細(xì)胞廣泛的mRNA降解，其中包括KSHV的SOX[15]，這個過程稱為“宿主關(guān)閉”，它使病毒能夠迅速限制宿主細(xì)胞基因表達(dá)，從而抑制免疫反應(yīng)并獲得宿主資源進(jìn)行病毒復(fù)制[16]。最近Rodriguez等[8]發(fā)現(xiàn)，某些特定的轉(zhuǎn)錄本可以有效逃脫SOX誘導(dǎo)的衰變，并在受保護(hù)的mRNA中鑒定出了轉(zhuǎn)錄本C19orf66，證明它限制了KSHV感染。C19orf66存在于mRNA的3'UTR中，可以充當(dāng)用于募集保護(hù)性蛋白質(zhì)復(fù)合物的支架而保持mRNA結(jié)構(gòu)，防止其被SOX裂解而抑制KSHV早期基因的表達(dá)。這種保護(hù)性RNA元件被稱為SRE(SOX抵抗元件)，是繼白細(xì)胞介素6(IL-6)和生長停滯DNA損傷可誘導(dǎo)蛋白Β(GADD45B)之后迄今為止人類發(fā)現(xiàn)的第三個SRE，最近研究也表明SRE對多種病毒核酸內(nèi)切酶也有效。

四、C19orf66的抗DENV機(jī)制

C19orf66可以干擾素依賴性方式被DENV誘導(dǎo)，據(jù)報道，PABPC和LARP在SOX誘導(dǎo)的廣泛RNA衰變后重新定位，并與宿主關(guān)閉期間發(fā)生的轉(zhuǎn)錄反饋環(huán)相關(guān)聯(lián)[17]，特別是PABPC被證明在關(guān)閉宿主后觸發(fā)細(xì)胞核轉(zhuǎn)錄抑制中起關(guān)鍵作用，這一過程有利于病毒基因表達(dá)，C19orf66通過結(jié)合病毒RNA調(diào)節(jié)劑PABPC1和LARP1來干擾DENV的翻譯，從而導(dǎo)致感染細(xì)胞中病毒復(fù)制的抑制[6]。同時，Balinsky等[18]最新的研究發(fā)現(xiàn)，C19orf66是一種RNA結(jié)合蛋白，位于未感染細(xì)胞的胞質(zhì)加工體(P體)中，DENV感染后，C19orf66與MOV10和Xrn1一起定位于DENV復(fù)制復(fù)合體并與DENV蛋白結(jié)合，在這里與MOV10 RISC復(fù)合RNA解旋酶相互作用影響病毒RNA的加工來限制DENV。IRAV或MOV10的耗竭會導(dǎo)致病毒RNA的增加。

五、C19orf66的抗HIV-1機(jī)制

根據(jù)既往的研究我們知道，HIV-1通過編程-1核糖體框架轉(zhuǎn)移(-1PRF)從編碼Gag的mRNA表達(dá)Gag-Pol蛋白，嚴(yán)格保持Gag與Gag Pol的比率以有效進(jìn)行病毒復(fù)制[19]。王新路團(tuán)隊的最新研究顯示，C19orf66為-1PRF抑制劑的廣譜[9]：在-1PRF的過程中，核糖體的構(gòu)象重排和亞基間旋轉(zhuǎn)為C19orf66創(chuàng)造了新的結(jié)合位置，使其同時與翻譯的核糖體和刺激性RNA結(jié)合，使核糖體停止轉(zhuǎn)動而陷于非生產(chǎn)性狀態(tài)，降低Gag-Pol表達(dá)和Gag-Pol與Gag的比例，從而抑制HIV-1復(fù)制。

此外，近年來隨著C19orf66越來越受人們關(guān)注，C19orf66也已被證實可由流感病毒、心肌炎病毒(EMCV)、基孔肯雅病毒、1型單純皰疹病毒和人腺病毒等誘導(dǎo)并表現(xiàn)出抗病毒活性，很有可能還尚未發(fā)現(xiàn)其與其他病原體有關(guān)的作用方面[6，18]。

進(jìn)化使IFN反應(yīng)成為根除入侵病原體的強(qiáng)大先天防御機(jī)制，而ISGs就像一個工具箱，可以使用這個工具箱里的不同武器來對抗不同的病原體。C19orf66就是其中一種作用廣泛的ISG, 對臨床相關(guān)病毒表現(xiàn)出多能和機(jī)制多樣的的抗病毒活性。因此，C19orf66是創(chuàng)建一個ISG示范工具箱的理想目標(biāo)，進(jìn)一步研究、闡明此細(xì)胞工具箱的作用機(jī)制以及某些病毒(例如HCV)的逃避策略，可以為我們進(jìn)一步了解它們的弱點和如何對抗它們提供重要線索，同時也為理解和應(yīng)對未來可能出現(xiàn)的新病毒性疾病提供幫助。