周溪/秦成峰組在抗病毒免疫研究方面獲得重要突破-附專家點評

BioArt按：RNAi是一種在真核生物中高度保守的轉錄後基因沉默機制, 並已被公認在真菌、植物和無脊椎動物中起到關鍵的抗病毒免疫作用。然而在過去相當長一段時間裡人們對RNAi是否在哺乳動物中同樣起到抗病毒免疫作用仍不清楚。6月20日，中科院武漢病毒所/武漢大學病毒學國家重點實驗室周溪團隊與軍事醫學科學院微生物流行病研究所病原微生物生物安全國家重點實驗室秦成峰團隊合作在Immunity雜誌上發表了題為「Human virus-derived small RNAs can confer antiviral immunity in mammals」的研究論文，揭示了RNA干擾（RNAi）通路在哺乳動物中具有抗病毒免疫功能，確證了RNAi在哺乳動物中是一條抗病毒天然免疫通路；同時，也揭示了一種人類病毒（既EV71）在逃逸RNAi天然免疫中的具體機制。該工作完善了對哺乳動物抗病毒免疫機制的認識，並為針對該通路的抗病毒藥物設計或免疫療法研究提供了新思路。鑒於該工作的重要的意義，BioArt特別邀請到了浙江大學生命科學研究院徐平龍教授做精彩點評，以饗讀者！

論文解讀：

RNAi是一種在真核生物中高度保守的轉錄後基因沉默機制, 並已被公認在真菌、植物和無脊椎動物中起到關鍵的抗病毒免疫作用。在RNAi抗病毒過程中, 病毒RNA複製所產生的雙鏈RNA（dsRNA）被宿主Dicer蛋白識別並切割成21-23nt小干擾RNA（siRNA）。這些病毒衍生的siRNAs（vsiRNAs）被轉移到 RNA 誘導沉默複合體RISC上, 並介導同源病毒RNA的降解，從而達到抗病毒的目的【1】（加州大學河濱分校的丁守偉教授在此領域做出了一些列傑出的研究成果，相關研究可參考【1,2,3,4,5】）。

RNAi在哺乳動物中也保守存在，並被廣泛用於生物學研究。但是，過去利用多種病毒進行的研究並未在分化的體細胞和動物水平檢測到哺乳動物病毒來源的vsiRNA。而儘管在某些體外實驗條件下發現了vsiRNA，也無法證明其具有抗病毒功能。此外，此前的一些研究還表明，在哺乳動物成體細胞中敲除siRNA產生途徑中的關鍵蛋白Dicer或者AGO2並不能增強體內病毒的複製【6，7】。因此，對於RNAi是否在哺乳動物中能起到抗病毒作用一直存在較大爭議。

在這項研究中，科研人員利用導致嬰幼兒手足口病的人腸道病毒71型（EV71，引起嬰幼兒手足口病的主要病原體之一）為模型，經過精巧的實驗設計及大量反覆的實驗工作，發現EV71非結構蛋白3A具有抑制RNAi的功能，能夠通過與病毒dsRNA結合來阻止Dicer對其剪切，抑制vsiRNAs的產生。當3A的RNAi抑制活性被缺失，突變的EV71病毒能在細胞與小鼠中激發強烈的RNAi抗病毒反應，併產生大量vsiRNAs（下圖）。這些vsiRNA通過Dicer剪切病毒dsRNA所產生、裝配進RISC、並高效介導同源病毒RNA的降解，意味著這些vsiRNA具有抗病毒功能。

隨後進一步的研究表明，在正常的人體細胞和小鼠中，RNAi抑制活性缺陷型EV71病毒的複製被極大的抑制；而通過敲除關鍵基因使宿主細胞缺失RNAi通路，則能顯著的拯救突變病毒的複製及致病性。同時，研究人員還證明RNAi在哺乳動物中所發揮的抗病毒作用不依賴於干擾素反應。

總的來說，上述工作在人類體細胞及動物水平發現了病毒感染可以產生具抗病毒功能的vsiRNA，確證了RNAi在哺乳動物中是一條抗病毒天然免疫通路；同時，也揭示了一種人類病毒（既EV71）在逃逸RNAi天然免疫中的具體機制。該工作完善了對哺乳動物抗病毒免疫機制的認識，為針對該抗病毒通路的後續研究奠定了基礎。

據悉，周溪課題組邱洋博士，秦成峰課題組博士生徐炎鵬，中科院生化細胞所博士生張堯為論文並列第一作者，周溪教授與秦成峰研究員為共同通訊作者。同時參與該研究的還有武漢大學鍾波教授、中科院生化細胞所吳利剛研究員等。本研究得到了國家基金委優秀青年科學基金、英國皇家學會牛頓高級學者基金、中國科學院先導專項、國家973計劃、國家863計劃青年科學家專題等的支持。

專家點評：

徐平龍（浙江大學生命科學研究院教授，中組部「青年千人」）

Comments：RNA干擾（RNAi）機制是植物、節肢動物和線蟲類的重要抗病毒防禦手段。通過III型RNA酶Dicer剪切病毒RNA生成siRNA，並與Ago蛋白組裝成RNA誘導的基因沉默複合體（RISC），該機制降解同源的病毒RNA而抑制病毒複製。作為宿主RNAi機制的反制措施，多種病毒也進化出一類稱為RNAi病毒抑制子（VSR）的蛋白分子，用於拮抗Dicer和RISC功能。相反，脊椎動物則主要利用基於蛋白的干擾素防禦系統，RNAi機制在脊椎動物體細胞中的抗病毒免疫功能一直有爭議，也缺乏病毒來源的siRNA生成以及其抗病毒作用的實質證據。

周溪教授最新發表在Immunity的研究，以引發嬰幼兒手足口病的主要病原體HEV71病毒為對象，鑒定了其非結構蛋白3A是該病毒的VSR。隨後利用該VSR缺陷的HEV71，在哺乳動物體細胞和小鼠中發現了高丰度的病毒來源siRNA，並證明該siRNA能夠與Ago蛋白組裝成有活性RISC複合體，通過介導病毒RNA的降解而抑制HEV71複製。這項非常有意思的工作不僅首次在哺乳動物體細胞中發現了高丰度的病毒來源siRNA及其抗病毒活性，也揭示了RNAi機制在哺乳動物體細胞和整體動物中的抗病毒功能，因此是哺乳動物RNAi抗病毒功能觀念上的重要突破。工作也深化了我們對HEV71這一重要致病病毒與宿主互作複雜性的認識，也提出了通過調節RNAi或VSR功能進行抗病毒治療的新思路。

參考文獻：

1、Ding, S. W.(2010). RNA-based antiviral immunity.Nature Reviews Immunology,10(9), 632-644.

2、Ding, S. W., & Voinnet, O. (2007). Antiviral immunity directed by small RNAs.Cell, 130(3), 413-426.

3、Wang, X. H., Aliyari, R., Li, W. X., Li, H. W., Kim, K., Carthew, R., ... &Ding, S. W. (2006). RNA interference directs innate immunity against viruses in adult Drosophila.Science, 312(5772), 452-454.

4、Lu, R., Maduro, M., Li, F., Li, H. W., Broitman-Maduro, G., Li, W. X., &Ding, S. W. (2005). Animal virus replication and RNAi-mediated antiviral silencing in Caenorhabditis elegans.Nature, 436(7053), 1040-1043.

5、Li, Y., Lu, J., Han, Y., Fan, X., &Ding, S. W.(2013). RNA interference functions as an antiviral immunity mechanism in mammals.Science, 342(6155), 231-234.

6、Bogerd, H. P., Whisnant, A. W., Kennedy, E. M., Flores, O., & Cullen, B. R. (2014). Derivation and characterization of Dicer-and microRNA-deficient human cells.RNA, 20(6), 923-937.

7、Kennedy, E. M., Whisnant, A. W., Kornepati, A. V., Marshall, J. B., Bogerd, H. P., & Cullen, B. R. (2015). Production of functional small interfering RNAs by an amino-terminal deletion mutant of human Dicer.PNAS, 112(50), E6945-E6954.

周溪教授簡介

周溪，博士，現任中科院武漢病毒所研究員，病毒學國家重點實驗室副主任，國家「優青」。2001年在武漢大學生命科學學院獲學士學位，2008年在德克薩斯大學MD Anderson Cancer Center獲博士學位，08-11年在MD Anderson進行博士後研究，2011年回國。先後獲得國家優秀青年基金獲得者（2015），英國皇家學會「牛頓高級學者」（2017），國家863項目青年科學家（2014），中國微生物學會與法國梅里埃研究院「克里斯托弗-梅里埃青年病毒學獎（一等獎）」（2013），武漢大學「珞珈學者」特聘教授（2014）、湖北省「楚天學者」（2012）等榮譽。曾擔任武漢大學生科院病毒學系教授、副主任。主要從事病毒與宿主免疫相互作用機制、病毒核酸的複製及致病機制等研究。回國以來作為通訊作者在Immunity、Science Advances、PLoS Pathogens、Nucleic Acids Res.、J Virol.、J Biol Chem等期刊上發表學術論文20篇。

秦成峰研究員簡介

秦成峰，軍事醫學科學院微生物流行病研究所病原微生物生物安全國家重點實驗室研究員，病毒室主任。2001年本科畢業於武漢大學生命科學學院，在軍事醫學科學院獲博士學位，曾獲ADVAC Fellowship赴法國交流。主要從事蟲媒黃病毒致病機制研究，先後作為通訊獲共同通訊作者在Immunity、Cell Stem Cell、Cell Host Microbe、eLife、PNAS等雜誌發表論文多篇。2016年獲英國皇家學會「牛頓高級學者」，2015年獲國家優青基金資助，2014年獲（原）總後勤部科技新星。曾獲愛德華詹納疫苗學會青年科學家（2016）、中國微生物學會「梅里埃優秀青年科學家獎」、「埃博拉出血熱疫情防控先進個人」等。兼任Scientific Reports、npj Vaccines、BMC Infectious Diseases等雜誌編委。

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