2025年8月10号,一项发表在《Nature Microbiology》杂志上的研究引起了广泛关注。韩国首尔国立大学的研究团队发现,人类巨细胞病毒(HCMV)利用一种名为RNA4.9的长链非编码RNA,直接对抗人体细胞核内的cGAS蛋白,从而帮助病毒逃避免疫系统的攻击。这项研究不仅揭开了病毒如何通过非编码RNA调控宿主免疫的新机制,还为开发针对慢性病毒感染的治疗策略提供了潜在靶点。HCMV是一种常见的疱疹病毒,全球感染率高,尤其对新生儿和免疫力低下者危害大,导致出生缺陷或严重并发症。研究者们通过一系列实验证明,RNA4.9像一个“分子间谍”,在病毒入侵早期就压制免疫响应,促进病毒复制。团队领导者Kwangseog Ahn教授表示,这项发现了病毒RNA在宿主-病毒“军备竞赛”中的关键作用。论文强调,病毒非编码RNA并非简单的“废物”,而是精密的调控工具,可能适用于其他DNA病毒的研究。
HCMV的基因组庞大,约230千碱基对双链DNA,是人类疱疹病毒中最大的。病毒转录组分析显示,大部分转录本是四种长链非编码RNA,其中RNA4.9独特,因为其5’端1.9 kb区域与病毒DNA复制起源重叠,早前研究已知这部分形成RNA-DNA杂合体,帮助病毒DNA复制。但团队之前发现,RNA4.9的1.9-4.9 kb区域也对病毒增殖至关重要,这次他们聚焦其免疫逃逸功能。通过构建突变病毒(如将RNA4.9的3’端3 kb替换为选择标记),感染细胞后进行mRNA测序,发现突变病毒引发宿主免疫基因大规模上调,包括干扰素和细胞因子如CCL5、CXCL10。这些基因在野生型病毒感染中被抑制,突变后表达升高数百倍。进一步用RT-qPCR和ELISA确认,突变病毒感染早期(3小时后)就激活更多免疫信号,且分泌的干扰素能刺激邻近细胞产生抗病毒响应。研究还比较了不同感染剂量,结果一致。更重要的是,删除另一种丰度高的RNA2.7并无类似效果,证明RNA4.9的特异性。团队还用siRNA沉默RNA4.9,同样观察到免疫激活。这说明RNA4.9不是病毒复制的副产品,而是主动抑制宿主先天免疫的“利器”,在感染初期就发挥作用,避免病毒被迅速清除。
深入机制,研究者发现RNA4.9靶向cGAS——一种关键的DNA模式识别受体。cGAS检测病毒双链DNA,合成2’3′-cGAMP,激活下游STING-TBK1-IRF3通路,导致干扰素和细胞因子产生。突变病毒感染后,这些通路蛋白磷酸化水平升高,免疫荧光显示IRF3核转位增强。用siRNA敲低cGAS或其下游分子,能显著降低突变病毒诱导的细胞因子,但敲低另一个DNA传感器IFI16无效。2’3′-cGAMP ELISA显示,突变病毒激活cGAS酶活性更强,在多种细胞中病毒产量下降,而敲低cGAS能完全拯救突变病毒的复制缺陷。团队还比较了RNA4.9与其他已知cGAS抑制因子如病毒蛋白UL31,双突变病毒诱导免疫更剧烈,表明两者独立作用。在转染实验中,过表达RNA4.9能特异抑制双链DNA模拟物诱导的免疫,但对双链RNA或直接cGAMP刺激无效。这证明RNA4.9直接作用于cGAS上游,无需其他病毒因子。进一步,细胞分馏显示RNA4.9约一半定位在核内,与病毒DNA和cGAS重合,而突变后核内cGAMP升高,确认抑制发生在核内。cGAS虽主要胞质,但可通过核定位信号进入核内,尤其在病毒感染时检测核内DNA。
RNA4.9如何精确抑制cGAS?团队用RNA免疫沉淀(RNA-IP)证实RNA4.9直接绑定cGAS,尤其核内cGAS变体绑定更强。用两种cGAS抗体进行CLIP-seq(交联免疫沉淀测序),发现绑定主要集中在RNA4.9的1.9-4.9 kb区域内一个75核苷酸片段,预测形成发夹环结构,且在临床株中高度保守。这片段像“钥匙”,插入cGAS“锁孔”,抑制其酶活性。构建删除75-nt的突变病毒(ΔRNA4.9Hairpins),感染后免疫基因上调、cGAMP升高、病毒产量降80倍。用反义寡核苷酸(ASO)阻断该区域折叠,也激活cGAS并抑制病毒。在转染系统中,删除该区域的RNA4.9无法抑制DNA诱导免疫,而靶向该区的ASO最有效。团队还测试其他病毒RNA的cGAS绑定区ASO,只有RNA4.9的ASO最强激活cGAS,证明其独特作用。这揭示了RNA二级结构在病毒-宿主互动中的重要性,可能通过干扰cGAS的DNA结合位点或构象变化实现抑制。

除了绑定,RNA4.9的核内定位也很关键。用单分子荧光原位杂交(smFISH)和EdU标记病毒DNA,观察到RNA4.9形成焦点,紧邻核内病毒DNA,RNase处理消除焦点。删除1.9-4.9 kb后焦点减少,进一步细化发现3.0-4.0 kb区域决定定位:删除它后RNA4.9虽核内但不聚集病毒DNA附近,免疫激活类似全删除突变。恢复3.0-4.0 kb后,焦点恢复,cGAS抑制部分恢复。量化显示,定位缺陷病毒的RNA4.9与病毒DNA重叠率低。这说明定位域让RNA4.9“就近”接触检测病毒DNA的cGAS,促进高效抑制。团队推测,这可能涉及液-液相分离,形成RNA焦点,类似一些宿主核lncRNA调控转录。
HCMV终身潜伏,RNA4.9在潜伏中也可能抑制免疫。ASO阻断RNA4.9显示疗效潜力,或设计针对75-nt或定位域的药物。团队强调,其他疱疹病毒也有类似核RNA,可能通用机制。未来需探索RNA4.9在潜伏模型中的作用,以及临床变异株。Ahn教授呼吁更多关注病毒非编码RNA,这可能重塑抗病毒策略。
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