Nature|SNX5介導病毒自噬與抗病毒免疫力

2021-01-13 BioArt生物藝術

撰文 | 楊鐵鐵

責編 | 兮

自噬（autophagy）是廣泛存在的依賴於溶酶體的細胞物質降解過程，參與調控細胞內多種生理、病理過程。自噬對機體的免疫功能亦十分重要，可以通過調控先天免疫力、獲得性免疫力和炎症反應，以及選擇性降解細胞內病原微生物等多層次的機制提高機體的抗病毒免疫力【1,2】。特異性的活化自噬被認為是一種誘導廣泛抗病毒免疫力的新策略，但是長久以來科學界對病毒侵染的細胞是如何活化自噬以控制病毒感染的分子機制知之甚少。

近日，美國德克薩斯州大學西南醫學中心Beth Levine博士（悼念 | Beth Levine（1960-2020）——自噬領域傑出學者）實驗室的Xiaonan Dong博士領導的科研團隊在Nature上發表文章Sorting nexin 5 mediates virus-induced autophagy and immunity，首次證實了細胞內存在特異性介導病毒誘導自噬的信號通路。

研究人員首先運用小幹擾RNA(siRNA)篩選鑑定出216個可能參與能參與調控代表性RNA病毒辛德畢斯病毒（SIN）和代表性DNA病毒I型單純皰疹病毒（HSV-1）自噬誘導的基因。考慮到大多數病毒通過細胞內吞作用侵入細胞【3】，結合生物信息學分析結果，作者進一步把研究重點放在了SNX5（sorting nexin 5）。SNX5是一種細胞內吞體蛋白，包含兩段重要的結構域：一段可與磷酸肌醇（如 PtdIns(3)P）結合的PX結構域；一段感知、驅動膜結構彎曲的BAR結構域。

作者運用siRNA敲減SNX5後抑制了SIN或HSV-1感染後細胞自噬，這種抑制作用在寨卡病毒（Zika virus）、西尼羅河病毒（WNV）、基孔肯雅病毒(CHIKV) 八種來自五個差異巨大的病毒科的人類病毒亦可觀察到。作者進而運用CHISPR-Cas9構建SNX5敲除細胞，SNX5敲除細胞在SIN或HSV-1感染後自噬被抑制，重新轉染野生型SNX5後抑制作用消失，提示SNX5可能是多種病毒誘導細胞自噬通用機制的一部分。由於自噬可抑制多種病毒在細胞內複製，保護機體免受病毒感染性疾病損傷，研究人員進一步探究了SNX5對病毒侵襲與複製能力的影響。SNX5缺陷細胞和Snx5敲除小鼠均對SIN、HSV-1、WNV、CHIKV等多種病毒表現得更為易感，但是對於具有抑制自噬能力的重組病毒並不存在這種易感性的差異。這些發現證實了SNX5介導的病毒自噬信號通路活化是一種新的重要宿主防禦機制。

隨後作者運用免疫共沉澱法證實病毒感染後SNX5與PI3KC3-C1發生相互作用進而激活細胞自噬，兩者間相互作用無需PI3KC3-C1脂質激酶激活，且SNX5缺陷細胞在病毒感染後內吞體膜上PtdIns(3)P的信號產生發生缺陷，提示SNX5作用於PtdIns(3)P上遊。螢光標記病毒侵染細胞後發現SNX5選擇性募集到有病毒顆粒的內吞體表面，而對SNX5缺陷細胞重新轉染BAR突變型SNX5後無法重建這種募集作用。鑑於BAR結構域內帶正電基團可通過靜電作用介導帶BAR結構域的蛋白與雙層脂質結構相互作用，作者證明SNX5通過BAR結構域提高膜的曲率來活化自噬相關的PI3KC3-C1激酶複合體，在內吞體膜上產生關鍵的自噬起始信號PtdIns(3)P，從而激活自噬。

研究人員進一步證實，SNX5特異性調控病毒誘導自噬通路，而對基礎狀態自噬和多種經典或非經典刺激誘導自噬無影響。為驗證是否為囊泡轉運體功能受損導致病毒誘導自噬功能障礙，作者運用siRNA敲減囊泡轉運複合體基因VPS29並檢測葡萄糖轉運蛋白-1（GLUT-1）逆向轉運功能，VPS29敲減後囊泡轉運複合體功能發生障礙但病毒誘導自噬未受影響。隨後，作者發現單純敲除SNX5或SNX32，均未影響GLUT-1轉運，這一結果與此前認為SNX5，SNX6和SNX32三者存在功能互補的觀點不謀而合【4】。另一方面，SNX5KOHeLa細胞轉鐵蛋白受體回收循環動力學和表皮生長因子降解效率均未受影響，提示SNX5敲除不影響早期及晚期細胞內吞活動。上述結果提示SNX5對病毒誘導細胞自噬的調控作用與囊泡轉運複合體的功能或其細胞內吞活動無關。進一步研究表明易感性差異與病毒侵入細胞能力或病毒感染後幹擾素相關通路的激活無關，而是機體通過自噬來抑制病毒的防禦反應。

這些結果共同表明，細胞確實有一條獨特的病毒自噬途徑，該途徑很可能是由SNX5控制的。這一新發現填補了細胞生物學、病毒學和自噬學中一個重要基礎知識的空白，並為基於自噬調控的廣譜抗病毒治療策略和藥物的研發提供了重要的基礎。

原文連結：

https://www.nature.com/articles/s41586-020-03056-z

參考文獻

1. Levine, B., N. Mizushima, and H.W. Virgin, Autophagy in immunity and inflammation. Nature, 2011. 469(7330): p. 323-35.

2. Dong, X. and B. Levine, Autophagy and viruses: adversaries or allies? J Innate Immun, 2013. 5(5): p. 480-93.

3. Mercer, J., M. Schelhaas, and A. Helenius, Virus entry by endocytosis. Annu Rev Biochem, 2010. 79: p. 803-33.

4. Wassmer, T., et al., A loss-of-function screen reveals SNX5 and SNX6 as potential components of the mammalian retromer. J Cell Sci,2007. 120(Pt 1): p. 45-54.

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