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　　天然免疫免疫從上世紀(jì)發(fā)現(xiàn)模式識別受體在現(xiàn)在一直學(xué)界研究的熱點，而細(xì)胞核內(nèi)的天然免疫識別和調(diào)節(jié)機制還不為人所知。2019年3月19日，北京大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院系統(tǒng)生物醫(yī)學(xué)研究所游富平研究組研究成果以“HIPK2 is necessary for type I interferon-mediated antiviral immunity”為題，作為封面文章發(fā)表于Science子刊Science signaling，HIPK2作為蛋白激酶在細(xì)胞核內(nèi)磷酸化ELF4并啟動抗病毒基因轉(zhuǎn)錄（圖1）。2019年9月11日，游富平課題組在Cell 子刊《Cell Host & Microbe》期刊上發(fā)表題為“The Nuclear Matrix Protein SAFA Surveils Viral RNA and Facilitates Immunity by Activating Antiviral Enhancers and Super-enhancers”的論文，揭示了SAFA作為一個新型的細(xì)胞核內(nèi)病毒dsRNA監(jiān)測器，連接染色質(zhì)重塑和抗病毒天然免疫反應(yīng)（圖2）。　　??????????????

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　　病原生物入侵機體后，產(chǎn)生的病原相關(guān)分子模式（pathogen-associated molecular pattern，PAMP）被一系列的模式識別受體（pattern recognition receptors，PRRs）識別，最終誘導(dǎo)各種炎癥因子、趨化因子以及干擾素（Interferon，IFN）的產(chǎn)生，發(fā)揮抗感染功能。模式識別受體是識別外來危險信號的感受器，并且傳遞信號給細(xì)胞內(nèi)的效應(yīng)分子，從而調(diào)動細(xì)胞進(jìn)行免疫應(yīng)答。首先被發(fā)現(xiàn)的模式識別受體是Toll 和Toll 樣受體（Toll like receptors），Jules A Hoffmann和Bruce Beutle 因為他們在這方面的工作獲得了2011年的諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎。所有的TLRs 都無一例外的定位于細(xì)胞質(zhì)膜和內(nèi)體。接下來科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了在細(xì)胞胞漿內(nèi)的模式識別受體包括：RIG-I、MDA5、cGAS、DDX41、Caspase-4/5/11和NLRs等，能夠識別細(xì)胞胞漿內(nèi)的病原生物。然而在病毒感染過程中會在細(xì)胞核內(nèi)產(chǎn)生大量的DNA和RNA，細(xì)胞核內(nèi)的模式識別過程還有待深入研究。已知IFI16能夠識別細(xì)胞核內(nèi)的病毒DNA并且激活STING相關(guān)信號通路。就在上個月，南開大學(xué)曹雪濤院士團隊發(fā)現(xiàn)hnRNPA2B1識別細(xì)胞核內(nèi)的病毒DNA并激活抗病毒天然免疫反應(yīng)。但是細(xì)胞核內(nèi)是否存在識別病毒RNA的模式識別受體還有待揭示。

　　病毒RNA，尤其是雙鏈RNA（double-stranded RNA，dsRNA）是一種重要的PAMP，病毒感染宿主細(xì)胞產(chǎn)生的dsRNA可被TLRs家族的TLR3或RLRs家族的MDA5（melanoma differentiation association gene 5）和RIG-I（retinoic acid-inducible gene I）識別。TLRs家族一般定位在細(xì)胞膜或胞內(nèi)體上，能識別細(xì)胞外或經(jīng)過吞噬進(jìn)入細(xì)胞的PAMP。RLRs家族定位在細(xì)胞質(zhì)，識別細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的核酸組分。研究顯示，多種病毒感染會在宿主細(xì)胞核中產(chǎn)生dsRNA^1-2，但細(xì)胞是否存在監(jiān)測機制識別細(xì)胞核中病毒dsRNA目前還未有報道，本研究首次揭示了細(xì)胞核內(nèi)病毒RNA感受器的存在。

　　另一個重要的科學(xué)問題是在感染條件下，宿主細(xì)胞如何調(diào)節(jié)染色質(zhì)的開放性從而打開以及關(guān)閉一系列基因的表達(dá)，從而使機體清楚感染并維持免疫穩(wěn)態(tài)和健康。本研究首先通過全基因組功能性篩選發(fā)現(xiàn)SAFA能夠協(xié)同病毒激活抗病毒天然免疫反應(yīng)。SAFA（Scaffold Attachment Factor A），又叫HnRNPU（heterogeneous ribonucleoprotein U，和曹雪濤院士團隊發(fā)現(xiàn)的hnRNPA2B1是同家族分子），作為最早被發(fā)現(xiàn)的核腳手架蛋白，對于核內(nèi)部結(jié)構(gòu)的維持起重要作用。研究表明SAFA參與染色質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的調(diào)控，SAFA功能異常與X染色體失活、擴張型心肌病、腫瘤等多種疾病相關(guān)。本研究發(fā)現(xiàn)SAFA在識別病毒RNA之后發(fā)生活化，并調(diào)節(jié)染色質(zhì)的開放性以及免疫基因增強子和超級增強子的活性。

?????? 該研究顯示多種病毒感染宿主細(xì)胞后，在細(xì)胞核中產(chǎn)生dsRNA，被SAFA監(jiān)測結(jié)合，引起SAFA發(fā)生寡聚化。SAFA同病毒RNA的結(jié)合是本研究亮點和關(guān)鍵點，研究人員運用生化手段，從各個層面和多個角度證明SAFA在病毒感染情況下同病毒dsRNA有很強的結(jié)合。并且通過RIP-seq （RNA Immunoprecipitation-sequencing，RNA免疫共沉淀測序）和TRIBE（targets of RNA-binding proteins identified by editing，基于核酸編輯的RNA結(jié)合蛋白鑒定技術(shù)）?編輯³（圖2）等二代測序手段進(jìn)一步肯定了SAFA和病毒RNA的結(jié)合。RIP-seq的結(jié)果顯示SAFA傾向于結(jié)合HSV-1病毒在細(xì)胞核內(nèi)產(chǎn)生的dsRNA。SAFA通過其C端的RGG結(jié)構(gòu)域結(jié)合病毒RNA，這一結(jié)果也得到了近期研究的支持-RGG傾向于結(jié)合dsRNA，而不是ssRNA（single strand RNA，單鏈RNA）³。為了進(jìn)一步確證SAFA能夠和病毒的dsRNA相結(jié)合，研究人員構(gòu)建了SAFA和ADAR1催化結(jié)構(gòu)域的融合蛋白。ADAR1是一種RNA脫氨酶，能夠識別dsRNA上的腺嘌呤并且對其進(jìn)行脫氨，使得腺嘌呤變成次黃嘌呤。構(gòu)建了ADAR1催化結(jié)構(gòu)域和SAFA的融合蛋白的穩(wěn)定表達(dá)細(xì)胞株之后，病毒感染該細(xì)胞，并把細(xì)胞中的RNA進(jìn)行全基因組的RNA-seq分析，發(fā)現(xiàn)HSV-1病毒RNA發(fā)生了脫氨反應(yīng)，由此進(jìn)一步確認(rèn)了SAFA能夠同病毒dsRNA結(jié)合。

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　　圖3. SAFA識別細(xì)胞核內(nèi)病毒RNA并調(diào)節(jié)抗病毒基因增強子活性

　　該研究首次鑒定了細(xì)胞核內(nèi)病毒RNA的模式識別受體，并且SAFA在識別了病毒RNA之后通過調(diào)節(jié)染色質(zhì)重構(gòu)以及基因遠(yuǎn)端增強子的活性來調(diào)節(jié)抗感染基因的表達(dá)，在傳統(tǒng)研究免疫信號通路激活轉(zhuǎn)錄因子的基礎(chǔ)上，率先引入了天然免疫信號對于基因遠(yuǎn)端增強子的調(diào)節(jié)機制（圖3）。因為在后生動物，包括小鼠和人類中，遠(yuǎn)端增強子對于基因轉(zhuǎn)錄的起始和維持可能比啟動子區(qū)域扮演了更加重要的角色。所以，研究遠(yuǎn)端增強子和超級增強子對于免疫應(yīng)答調(diào)控和免疫細(xì)胞命運決定，是十分有意義的，此部分工作應(yīng)該只是一個小小的開始。而該研究中還有很多問題沒有解決，包括：SAFA如何調(diào)控相關(guān)基因染色質(zhì)和增強子的調(diào)節(jié)特異性；SAFA如何發(fā)生的多聚化以及其調(diào)節(jié)機制；在感染過程中增強子以及超級增強子的動態(tài)調(diào)節(jié)過程，以及對免疫記憶和免疫耐受的調(diào)節(jié)。

　　Science Signaling的文章中作者闡明了HIPK2在機體產(chǎn)生I型干擾素抗擊RNA病毒感染中的關(guān)鍵作用。敲除HIPK2后巨噬細(xì)胞對水泡口炎病毒誘導(dǎo)產(chǎn)生的I型干擾素水平顯著降低，敲除HIPK2的小鼠對于致死性劑量的水泡口炎病毒感染更加敏感。進(jìn)一步的機制研究發(fā)現(xiàn)，水泡口炎病毒感染后，活性的Caspase酶切割HIPK2，釋放出HIPK2的在N-末端片段并轉(zhuǎn)移入細(xì)胞核，HIPK2入核片段與ELF4 蛋白結(jié)合并促使ELF4的第369位絲氨酸發(fā)生磷酸化，ELF4與IRF3、IRF7共同啟動I型干擾素的轉(zhuǎn)錄，發(fā)揮抗RNA病毒作用。

　　Science signaling同期發(fā)表“Focus”評論文章，專門對本項研究進(jìn)行了評述。文章指出同樣具有酶活性的HIPK2和Caspase6很有可能作為多種自身免疫性疾病的治療靶點，通過沒活性調(diào)節(jié)干擾一型干擾素的表達(dá)來治療相關(guān)疾病（圖4）

　　北京大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院免疫系的2015級博士生操麗麗和劉勝德為Cell Host & Microbe共同第一作者，操麗麗同樣是Science Signaling的第一作者，北京大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院系統(tǒng)所游富平研究員為通訊作者。研究得到國家自然科學(xué)基金和蛋白質(zhì)機器重點專項等項目的經(jīng)費資助。

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