干扰素刺激基因C19orf66的抗病毒机制研究

黄飞虎 余姣 万谟彬

干扰素(IFNs)作为一种可抑制流感病毒复制的物质于1957年首次被发现[1]，其介导的反应是机体抗病毒感染的第一道天然免疫防线。干扰素具有抗病毒、抗菌及免疫调节等多重功能。目前临床上干扰素主要用于治疗病毒性肝炎及恶性肿瘤和多发性硬化症等自身免疫病[2]。病毒入侵宿主细胞时产生IFN触发数百种的IFN刺激基因(ISGs)快速转录，直接或间接具有抗病毒作用和控制IFN[3]。 IFN刺激基因C19orf66(也称IRAV，UPF0515，RyDEN)是ISGs家族的一个年轻成员，于2011年由Schoggins及其同事通过筛查方法发现并鉴定为一种新型ISG[4]。C19orf66基因编码一个291个氨基酸的蛋白质，计算分子量为33.1 kDa，该蛋白质与任何已知的蛋白质家族没有同源性，也没有预测的酶促活性[5-6]。它最早被描述为是登革热病毒(DENV)、寨卡病毒(ZIKV)、卡波西氏肉瘤相关疱疹病毒(KSHV)和人类免疫缺陷病毒(HIV)的有效限制因子[6-9]。之后，C19orf66也被发现可由丙型肝炎病毒(HCV)诱导并显示抗病毒作用，在过去30年HCV的相关研究提供了对IFN反应的分子机制以及逃避宿主防御力和持续生存的复杂病毒策略的重要见解[10]，然而有关C19orf66的抗病毒分子机制一直不明确。近年来，随着基因编辑、二代测序等新研究手段、方法的应用，C19orf66这一作用广泛的ISG机制得以重新认识。

一、C19orf66的抗HCV机制

最近，Volker Kinast及其同事[5]证实C19orf66是干扰素诱导的HCV复制抑制剂。该研究显示HCV感染后，人类原代肝细胞和慢性丙型肝炎(CHC)以及pegIFN-α/利巴韦林疗法可诱导CHC患者C19orf66表达， C19orf66的表达可限制HCV的感染，而CRIPSPR / Cas9介导的C19orf66敲除减弱了IFN介导的HCV复制的抑制作用。HCV感染的标志是病毒复制细胞器(膜状网，MW)的形成，MW是病毒RNA复制的推测位点[11-12]，对亚基因组HCV复制子和表达系统的研究表明，C19orf66表达削弱了HCV诱导的磷脂酰肌醇-4-磷酸[PI(4)P]升高，干扰了功能齐全的MW形成，从而靶向限制病毒RNA复制。此外，免疫共沉淀后再进行质谱分析，确定了C19orf66通过锌指基序(zinc-fifinger motif)与应激颗粒相关的核蛋白RO60、RBPMS和CELF1相互作用，形成含有胞质核糖核酸C19orf66的颗粒，而颗粒破坏部分地减少病毒复制。

二、C19orf66的抗Zika机制

I型IFN通过数百个ISG的协同表达发挥其免疫调节和保护作用，最终使细胞分化为抗病毒状态，包括ZIKV[13]，而ZIKV NS3蛋白酶结构域对于病毒多蛋白切割和通过切割衔接蛋白STING减少I型IFN的产生很重要[14]。 中山大学的吴云团队[7]的一项C19orf66抑制ZIKV的研究，C19orf66可以通过ZIKV感染和IFN-I治疗诱导，C19orf66的过表达可以抑制宿主细胞中的ZIKV复制，相反，耗尽C19orf66的细胞表现出病毒复制的增加。C19orf66的表达上调可以结合异位和内源表达的ZIKV NS3蛋白，通过介导溶酶体依赖性途径促进NS3降解而限制ZIKV复制。

三、C19orf66的抗KSHV机制

疱疹病毒的一个显著特征是通过使用病毒编码的核酸内切酶诱导宿主细胞广泛的mRNA降解，其中包括KSHV的SOX[15]，这个过程称为“宿主关闭”，它使病毒能够迅速限制宿主细胞基因表达，从而抑制免疫反应并获得宿主资源进行病毒复制[16]。最近Rodriguez等[8]发现，某些特定的转录本可以有效逃脱SOX诱导的衰变，并在受保护的mRNA中鉴定出了转录本C19orf66，证明它限制了KSHV感染。C19orf66存在于mRNA的3'UTR中，可以充当用于募集保护性蛋白质复合物的支架而保持mRNA结构，防止其被SOX裂解而抑制KSHV早期基因的表达。这种保护性RNA元件被称为SRE(SOX抵抗元件)，是继白细胞介素6(IL-6)和生长停滞DNA损伤可诱导蛋白Β(GADD45B)之后迄今为止人类发现的第三个SRE，最近研究也表明SRE对多种病毒核酸内切酶也有效。

四、C19orf66的抗DENV机制

C19orf66可以干扰素依赖性方式被DENV诱导，据报道，PABPC和LARP在SOX诱导的广泛RNA衰变后重新定位，并与宿主关闭期间发生的转录反馈环相关联[17]，特别是PABPC被证明在关闭宿主后触发细胞核转录抑制中起关键作用，这一过程有利于病毒基因表达，C19orf66通过结合病毒RNA调节剂PABPC1和LARP1来干扰DENV的翻译，从而导致感染细胞中病毒复制的抑制[6]。同时，Balinsky等[18]最新的研究发现，C19orf66是一种RNA结合蛋白，位于未感染细胞的胞质加工体(P体)中，DENV感染后，C19orf66与MOV10和Xrn1一起定位于DENV复制复合体并与DENV蛋白结合，在这里与MOV10 RISC复合RNA解旋酶相互作用影响病毒RNA的加工来限制DENV。IRAV或MOV10的耗竭会导致病毒RNA的增加。

五、C19orf66的抗HIV-1机制

根据既往的研究我们知道，HIV-1通过编程-1核糖体框架转移(-1PRF)从编码Gag的mRNA表达Gag-Pol蛋白，严格保持Gag与Gag Pol的比率以有效进行病毒复制[19]。王新路团队的最新研究显示，C19orf66为-1PRF抑制剂的广谱[9]：在-1PRF的过程中，核糖体的构象重排和亚基间旋转为C19orf66创造了新的结合位置，使其同时与翻译的核糖体和刺激性RNA结合，使核糖体停止转动而陷于非生产性状态，降低Gag-Pol表达和Gag-Pol与Gag的比例，从而抑制HIV-1复制。

此外，近年来随着C19orf66越来越受人们关注，C19orf66也已被证实可由流感病毒、心肌炎病毒(EMCV)、基孔肯雅病毒、1型单纯疱疹病毒和人腺病毒等诱导并表现出抗病毒活性，很有可能还尚未发现其与其他病原体有关的作用方面[6，18]。

进化使IFN反应成为根除入侵病原体的强大先天防御机制，而ISGs就像一个工具箱，可以使用这个工具箱里的不同武器来对抗不同的病原体。C19orf66就是其中一种作用广泛的ISG, 对临床相关病毒表现出多能和机制多样的的抗病毒活性。因此，C19orf66是创建一个ISG示范工具箱的理想目标，进一步研究、阐明此细胞工具箱的作用机制以及某些病毒(例如HCV)的逃避策略，可以为我们进一步了解它们的弱点和如何对抗它们提供重要线索，同时也为理解和应对未来可能出现的新病毒性疾病提供帮助。