关键词:
PVRL4
Ⅰ型干扰素
病毒进入
膜融合
内体酸化
摘要:
病毒是只能在生物体活细胞内进行复制繁衍的亚显微病原体,其在宿主细胞中产生新的病毒粒子需要经历结合、进入、脱衣壳、复制、组装和释放等步骤。虽然病毒的结构和组成相对简单,但由病毒引发的人类疾病多种多样,并对人类健康造成了严重的威胁。因此寻找能够靶向病毒生命周期从而预防或者治疗病毒性相关疾病的宿主关键因子变得尤为重要。病毒感染可刺激宿主细胞产生I型干扰素(TypeⅠ interferon,IFN-I),IFN-I与细胞表面的受体结合启动下游信号传导从而激活下游数百个干扰素刺激基因(IFN-stimulatedgenes,ISGs)的表达。尽管有一小部分ISGs在病毒感染中的功能得到了研究,但大部分ISGs在病毒感染中所发挥的作用却没有得到充分的研究。我们分析并总结了实验室前期的研究数据,发现脊髓灰质炎病毒受体样蛋白4(Poliovirus receptor-like protein 4,PVRL4)可能是一个潜在的广谱抗病毒宿主关键因子。近年来研究发现,PVRL4在非小细胞肺癌,乳腺癌,卵巢癌,结直肠癌等癌症组织中异常表达,并且PVRL4表达水平的增加与肿瘤细胞的增殖、转移、血管生成、肿瘤复发、癌症干性、DNA损伤修复以及上皮-间充质的转变等有关,但它在病毒感染中所发挥的作用还未被研究。因此我们计划在体外和体内深入探究PVRL4在病毒感染中所扮演的角色,为开发广谱的抗病毒药物提供一定的理论支持。
为了验证PVRL4是一个ISG,我们用IFN-I以及包括水疱性口炎病毒(Vesicular stomatitisvirus,VSV)、Ⅰ 型单纯疱疹病毒(Herpes simplexvirus 1,HSV-1)和甲型流感病毒(Influenza A virus,IAV)在内的多种病毒刺激细胞,发现IFN-I刺激以及病毒感染能够显著上调PVRL4的表达水平。然后我们对PVRL4在病毒感染中所发挥的功能进行了探究。我们发现在细胞中过表达PVRL4后可以有效抑制临床相关的包括VSV、HSV-1和IAV在内的包膜病毒的感染,同时当敲除细胞中内源的PVRL4后,这些病毒的感染则大大增加。更重要的是,Pvrl4-/-小鼠在VSV感染后出现了更为严重的肺部损伤,同时组织器官如脾脏、肝脏和肺中病毒载量明显增加;此外,我们发现Pvrl4-/-小鼠在IAV感染后肺组织中病毒载量也明显增加,肺部损伤情况大大加重,体重下降更快,死亡率更高。以上的实验结果表明,PVRL4在体内和体外都发挥着抗病毒的功能。为了进一步探究PVRL4发挥抗病毒作用的背后分子机制,我们首先检测了 PVRL4对病毒生命周期的影响。我们发现PVRL4能够抑制病毒生命周期的早期阶段,进一步的实验结果表明PVRL4抑制病毒的进入过程。包膜病毒在进入宿主细胞的过程中膜融合是必不可少的步骤,因此我们检测了 PVRL4对病毒-细胞膜融合的影响。我们发现PVRL4抑制VSV糖蛋白(Glycoprotein,G)和HSV-1病毒蛋白介导的病毒-细胞膜融合过程。通过进一步的文献阅读和实验探索,我们发现PVRL4定位在细胞膜上,一旦病毒感染,便有少量的PVRL4定位在早期内体上。由于VSV、HSV-1和IAV都可以通过内吞途径进入细胞,因此我们检测了病毒通过内吞途径进入细胞所必需的内体酸化。我们发现PVRL4缺失增加了细胞中内体酸化的水平。
随着严重急性呼吸综合征冠状病毒2(Severe acute respiratory syndrome coronavirus2,SARS-CoV-2)以及各种突变株的出现,寻找能够控制SARS-CoV-2感染的宿主因子变得尤为重要,因此我们检测了 PVRL4是否也能够抑制SARS-CoV-2的感染。我们发现SARS-CoV-2感染能够显著上调PVRL4的表达水平,同时PVRL4也能够抑制SARS-CoV-2的复制。进一步的机制研究发现,PVRL4能够抑制SARS-CoV-2原始株以及多种突变株的进入。同时我们发现PVRL4不仅能够抑制SARS-CoV-2通过内吞途径进入细胞还能够抑制其通过直接与细胞膜融合的方式进入宿主细胞。与上述所检测的病毒一致,PVRL4通过抑制SARS-CoV-2的刺突蛋白(Spike,S)介导的病毒-细胞膜融合来抑制SARS-CoV-2的进入。
总的来说,我们的研究发现定位于细胞膜上的干扰素刺激基因PVRL4通过抑制内体酸化来抑制病毒蛋白介导的病毒-细胞膜融合从而广谱抑制包括VSV、HSV-1、IAV和SARS-CoV-2在内的多种病毒的进入。我们的研究不仅确定了PVRL4可以作为宿主先天免疫防御系统中的一个抗病毒ISG,而且还提供了 PVRL4广谱抑制病毒进入的作用机制,为今后针对用于抵御包括SARS-CoV-2及其变种在内的多种病毒的感染提