人才强校 | 中国农大杨汉春团队揭示猪繁殖与呼吸综合征病毒免疫抑制与逃逸新机制
中国农大新闻网讯 7月12日，中国农业大学动物医学院猪病研究创新团队，在《美国科学院院报》（PNAS）在线发表题为《PRRSV重编程应激颗粒逃逸PKR限制》（Viral evasion of PKR restriction by reprogramming cellular stress granules）的研究论文, 报道了猪繁殖与呼吸征病毒（PRRSV）重编程细胞应激颗粒抑制宿主限制性因子PKR进而下调细胞炎症应答的新机制，研究结果为阐释PRRSV免疫抑制与逃逸机制提供了新的科学依据。
猪繁殖与呼吸综合征病毒（PRRSV）为套式病毒目动脉炎病毒科成员，是猪繁殖与呼吸综合征（俗称“猪蓝耳病”）的病原。自20世纪80年代末以来，PRRSV在北美、欧洲和亚洲广泛流行，严重威胁我国及世界养猪业健康发展，迄今仍未取得实质性控制。PRRSV具有免疫抑制与逃逸特性，并形成持续性感染，可诱导细菌性继发感染。免疫抑制与免疫逃逸机制是PRRSV领域的重要研究课题，解析其分子机制对于安全高效的新型疫苗设计和抗病毒药物研发具有重要的科学意义。
团队前期报道了PRRSV诱导靶细胞（猪肺泡巨噬细胞）应激环境实现高效增殖和免疫逃逸的新机制，发现PRRSV可通过降解内质网应激总开关GRP78进而激活PERK-eIF2α-ATF4信号通路，并劫持下游效应分子ATF4至病毒转录与复制复合体促进PRRSV高效增殖（PLoS Pathogens, 2019）。令人神秘的是，尽管翻译起始因子eIF2α被磷酸化（抑制细胞翻译），但其经典上游激酶--蛋白激酶R（Protein Kinase R，PKR）却被PRRSV选择性失活, 其生物学意义及机制尚不清楚。
PRRSV复制酶蛋白nsp1β是拮抗PKR活化的关键病毒因子
PKR为宿主抗病毒免疫的重要限制性因子，既是双链RNA（dsRNA）模式识别受体，也是干扰素效应分子，可通过诱导eIF2α磷酸化、上调干扰素和炎症因子应答等进而发挥抗病毒作用。该研究发现，PRRSV感染细胞内产生大量dsRNA, 但PKR活化处于抑制状态，且感染细胞可抑制dsRNA类似物poly (I:C)对 PKR的活化作用。进一步发现PRRSV复制酶蛋白nsp1β是拮抗PKR活化的关键病毒因子，为一种细胞应激反应蛋白，在PRRSV感染早期即可进入病毒诱导的应激颗粒（SGs），与PKR共定位，并在感染细胞内存在相互作用（图1）。然而，体外互作试验显示，nsp1β与全长PKR相互作用微弱，但与其截短体DRBM（dsRNA结合区）存在强相互作用（图2），表明二者互作受PKR构象调控。进而发现，SG形成促进nsp1β-PKR互作，反之则抑制二者互作；nsp1β可利用SG核心组份G3BP1介导其与PKR互作而抑制PKR活化。
PKR与 PRRSV nsp1β受PKR构象调控
该研究进一步突变分析鉴定出与G3BP1和PKR相互作用的nsp1β关键位点19-20 (VS)，并利用反向遗传操作系统成功拯救相应的点突变重组病毒VS19GG及无关突变病毒GGK16AAA。尽管重组病毒VS19GG复制水平降低，但感染细胞炎症因子表达水平大幅度上升，并伴随PKR磷酸化水平上调（图3）。当用PKR抑制剂C16处理感染细胞或基因沉默PKR时，则可下调炎症因子表达，表明PKR信号通路在激活细胞炎症因子（TNF-α、IL-6和IL-8等）表达中扮演关键角色。还发现G3BP1为PRRSV限制性因子。基因沉默G3BP1不影响野生型PRRSV 及重组病毒GGK16AAA复制，但上调重组病毒VS19GG的复制（nsp1β VS19GG失去抑制作用）。
Nsp1β点突变重组病毒VS19GG上调细胞炎症因子表达
应激颗粒（SGs）是细胞多种天然免疫分子活化的场所，具有抗病毒功能，因此许多病毒演化出各种策略抑制应激颗粒形成。然而，PRRSV反其道而行之，持续诱导SG形成，并对其进行重编程，使之变成有利于病毒的平台（图4）。SG形成起着“一石二鸟”之效：一是有利于病毒利用SG核心组份G3BP1拮抗PKR活化，进而抑制细胞炎症应答；二是有利于抑制G3BP1抗病毒功能。研究结果揭示了PRRSV免疫抑制与逃逸的一种新机制，为新型疫苗和抗病毒药物设计提供了重要靶标和思路。研究结果还为病毒逃逸SG和PKR限制提供了独特视角，丰富了其病原-宿主分子作用模式。
PRRSV重编程SG拮抗PKR模式图
动物医学院猪病研究创新团队韩军教授和杨汉春教授为文章通讯作者，高鹏博士为第一作者。该研究得到了国家杰出青年科学基金（32025035）、国家现代农业产业技术体系（CARS-35）、国家自然科学基金面上项目（31772759），以及中国博士后科学基金（2021M703527）等项目的资助。
供稿：动物医学院
供图：动物医学院
编辑：李杨
责编：于哲