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　　天然免疫免疫從上世紀發(fā)現(xiàn)模式識別受體在現(xiàn)在一直學界研究的熱點，而細胞核內的天然免疫識別和調節(jié)機制還不為人所知。2019年3月19日，北京大學基礎醫(yī)學院系統(tǒng)生物醫(yī)學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作為蛋白激酶在細胞核內磷酸化ELF4并啟動抗病毒基因轉錄（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作為一個新型的細胞核內病毒dsRNA監(jiān)測器，連接染色質重塑和抗病毒天然免疫反應（圖2）。　　??????????????

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　　病原生物入侵機體后，產(chǎn)生的病原相關分子模式（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，并且傳遞信號給細胞內的效應分子，從而調動細胞進行免疫應答。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)學獎。所有的TLRs 都無一例外的定位于細胞質膜和內體。接下來科學家發(fā)現(xiàn)了在細胞胞漿內的模式識別受體包括：RIG-I、MDA5、cGAS、DDX41、Caspase-4/5/11和NLRs等，能夠識別細胞胞漿內的病原生物。然而在病毒感染過程中會在細胞核內產(chǎn)生大量的DNA和RNA，細胞核內的模式識別過程還有待深入研究。已知IFI16能夠識別細胞核內的病毒DNA并且激活STING相關信號通路。就在上個月，南開大學曹雪濤院士團隊發(fā)現(xiàn)hnRNPA2B1識別細胞核內的病毒DNA并激活抗病毒天然免疫反應。但是細胞核內是否存在識別病毒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家族一般定位在細胞膜或胞內體上，能識別細胞外或經(jīng)過吞噬進入細胞的PAMP。RLRs家族定位在細胞質，識別細胞質內的核酸組分。研究顯示，多種病毒感染會在宿主細胞核中產(chǎn)生dsRNA^1-2，但細胞是否存在監(jiān)測機制識別細胞核中病毒dsRNA目前還未有報道，本研究首次揭示了細胞核內病毒RNA感受器的存在。

　　另一個重要的科學問題是在感染條件下，宿主細胞如何調節(jié)染色質的開放性從而打開以及關閉一系列基因的表達，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。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，對于核內部結構的維持起重要作用。研究表明SAFA參與染色質空間結構的調控，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。本研究發(fā)現(xiàn)SAFA在識別病毒RNA之后發(fā)生活化，并調節(jié)染色質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胞后，在細胞核中產(chǎn)生dsRNA，被SAFA監(jiān)測結合，引起SAFA發(fā)生寡聚化。SAFA同病毒RNA的結合是本研究亮點和關鍵點，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結合蛋白鑒定技術）?編輯³（圖2）等二代測序手段進一步肯定了SAFA和病毒RNA的結合。RIP-seq的結果顯示SAFA傾向于結合HSV-1病毒在細胞核內產(chǎn)生的dsRNA。SAFA通過其C端的RGG結構域結合病毒RNA，這一結果也得到了近期研究的支持-RGG傾向于結合dsRNA，而不是ssRNA（single strand RNA，單鏈RNA）³。為了進一步確證SAFA能夠和病毒的dsRNA相結合，研究人員構建了SAFA和ADAR1催化結構域的融合蛋白。ADAR1是一種RNA脫氨酶，能夠識別dsRNA上的腺嘌呤并且對其進行脫氨，使得腺嘌呤變成次黃嘌呤。構建了ADAR1催化結構域和SAFA的融合蛋白的穩(wěn)定表達細胞株之后，病毒感染該細胞，并把細胞中的RNA進行全基因組的RNA-seq分析，發(fā)現(xiàn)HSV-1病毒RNA發(fā)生了脫氨反應，由此進一步確認了SAFA能夠同病毒dsRNA結合。

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　　圖3. SAFA識別細胞核內病毒RNA并調節(jié)抗病毒基因增強子活性

　　該研究首次鑒定了細胞核內病毒RNA的模式識別受體，并且SAFA在識別了病毒RNA之后通過調節(jié)染色質重構以及基因遠端增強子的活性來調節(jié)抗感染基因的表達，在傳統(tǒng)研究免疫信號通路激活轉錄因子的基礎上，率先引入了天然免疫信號對于基因遠端增強子的調節(jié)機制（圖3）。因為在后生動物，包括小鼠和人類中，遠端增強子對于基因轉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，研究遠端增強子和超級增強子對于免疫應答調控和免疫細胞命運決定，是十分有意義的，此部分工作應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如何調控相關基因染色質和增強子的調節(jié)特異性；SAFA如何發(fā)生的多聚化以及其調節(jié)機制；在感染過程中增強子以及超級增強子的動態(tài)調節(jié)過程，以及對免疫記憶和免疫耐受的調節(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病毒感染中的關鍵作用。敲除HIPK2后巨噬細胞對水泡口炎病毒誘導產(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-末端片段并轉移入細胞核，HIPK2入核片段與ELF4 蛋白結合并促使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，通過沒活性調節(jié)干擾一型干擾素的表達來治療相關疾?。▓D4）

　　北京大學基礎醫(yī)學院免疫系的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，北京大學基礎醫(yī)學院系統(tǒng)所游富平研究員為通訊作者。研究得到國家自然科學基金和蛋白質機器重點專項等項目的經(jīng)費資助。

　　參考文獻：

　　1. Wang L, Wen M, Cao X. Nuclear hnRNPA2B1 initiates and amplifies the innate immune response to DNA viruses. Science. 2019 Aug 16;365(6454).

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