吴文学、彭辰教授团队揭示痘病毒免疫逃逸新机制

痘病毒是一类重要的人兽共患病病原，其成员包括对人类健康造成巨大影响的天花病毒、猴痘病毒以及严重危害我国草食动物健康的牛结节性皮肤病病毒、羊痘病毒和羊口疮病毒等。针对痘病毒的免疫逃逸机制开展研究，对于新型病毒防控策略的制定和实施具有重要意义。痘苗病毒（Vaccinia virus，VACV）是一种重要的模式病原体，曾被用于天花疫苗的开发，帮助人类彻底消灭了肆虐千年的天花病毒。经连续异源传代而得来的改良痘苗病毒安卡拉株（(Modified Vaccinia Virus Ankara，MVA）是一种重要的活病毒疫苗载体，已被广泛用于流感、艾滋病、新型冠状病毒肺炎等传染病的疫苗开发。痘苗病毒基因组编码200多种蛋白，其中三分之一参与逃避宿主的抗病毒作用。

近日，中国农业大学动物医学院牛病诊断与防控技术创新团队在PNAS在线发表了题为：Human FAM111A inhibits vaccinia virus replication by degrading viral protein I3 and is antagonized by poxvirus host range factor SPI-1的研究论文。该研究揭示了宿主DNA复制调控蛋白FAM111A抑制痘苗病毒VACV的完整分子机制，证明了非传统抗病毒蛋白在抑制大型DNA病毒入侵过程中的重要作用。此外，本研究还展示了痘苗病毒、牛结节性皮肤病病毒以及猴痘病毒共同编码的重要宿主范围因子SPI-1的完整工作机制，为完善痘病毒的宿主嗜性机制提供了新的科学依据。

此前有研究表明，痘苗病毒编码的丝氨酸蛋白酶抑制剂（Serine protease inhibitors，SPI-1）是一种重要的病毒宿主范围因子，全基因组筛选实验发现SPI-1的细胞内靶标可能是宿主DNA复制因子FAM111A，但FAM111A抑制SPI-1缺失病毒的分子机制尚未报道。本研究结果显示，通过CRISPR-Cas9缺失或使用RNAi瞬时抑制FAM111A，均可以增强VACV-ΔSPI-1或MVA在人类A549细胞中的复制。此外，在A549细胞中瞬时转染外源FAM111A对病毒DNA复制、病毒蛋白表达和病毒复制表现出强烈的抑制作用，进一步证实了FAM111A的抗病毒功能。

为进一步阐明FAM111A的抗病毒机制，研究人员对FAM111A的蛋白酶活性进行了进一步分析。之前研究报道，FAM111A的C末端结构域包含胰蛋白酶样基序，该基序构成由His385、Aps439和Ser541催化三联体组成，并且在哺乳动物中高度保守。S541A的突变使FAM111A的酶功能失活，而R569H的突变是在被诊断为Kenny–Caffey综合征（KCS）和骨颅骨狭窄（OCS）的患者中观察到的一种过度活跃突变，表现出增强的自切割活性。研究发现，MVA感染后FAM111A从细胞核转移到细胞质。通过进一步突变FAM111A蛋白酶结构域关键位点，研究人员发现MVA感染触发了FAM111A介导的蛋白酶依赖性的核孔复合体破坏，FAM111A由此完成核输出过程并发挥后续的抗病毒功能（图1）。

图1 FAM111A对VACV-ΔSPI-1和MVA的抑制需要其蛋白酶活性

为进一步研究FAM111A如何发挥其抗病毒功能，研究人员在MVA感染的细胞中对FAM111A的病毒互作蛋白进行了免疫互作质谱鉴定及验证。结果显示，FAM111A靶向病毒DNA结合蛋白I3并与其发生特异性互作。此外，FAM111A在与I3结合后可特异性降解I3，并且这种降解与FAM111A的蛋白酶活性无关，而是通过调动自噬途径进行降解。更重要的是，研究人员发现痘苗病毒、猴痘病毒以及牛结节性皮肤病病毒编码的宿主范围因子SPI-1均可有效抑制FAM111A诱导的I3降解，从而彻底抑制FAM111A的抗病毒活性，证明痘病毒家族成员在与宿主长期进化的过程中获得了逃逸FAM111A抗病毒活性的重要功能。

图2 FAM111A通过诱导I3降解抑制病毒复制，并被VACV SPI-1拮抗

本项工作揭示了FAM111A在决定痘病毒宿主嗜性过程中的重要作用，阐明了痘病毒载体MVA在哺乳动物细胞中复制缺陷的分子机理，为痘病毒载体疫苗的安全性基础提供了理论支持。中国农业大学彭辰教授长期从事痘病毒宿主嗜性机制以及痘病毒逃逸宿主免疫反应机制的相关研究，近年来相关研究成果发表在PNAS, PLOS PATHOGENS等期刊。

中国农业大学动物医学院为该论文的第一完成单位，朱俊达博士和中国农业科学院生物技术研究所高新桃博士为第一作者，中国农业大学动物医学院彭辰教授和吴文学研究员为本文通讯作者。

https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2304242120

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