Nature Microbiology |水痘-带状疱疹病毒-宿主的多蛋白质组学分析揭示了宿主对严重感染的易感性

推荐理由

水痘-带状疱疹病毒(Varicella-Zoster Virus, VZV)是一种在全球广泛传播的α疱疹病毒，可引起两种截然不同的疾病：初次感染导致水痘，病毒随后潜伏于感觉神经节，在免疫力下降时重新激活则引起带状疱疹。尽管疫苗的推广显著降低了疾病负担，但VZV仍是神经系统并发症的重要病原体，包括脑炎、脑膜炎和脑血管炎等严重病症。这篇发表在《Nature Microbiology》上的研究通过创新的多组学整合分析策略，首次系统绘制了VZV与神经元细胞的蛋白质互作图谱，不仅揭示了病毒调控宿主细胞的关键分子机制，更为重要的是通过整合患者外显子测序数据，发现了与严重中枢神经系统感染相关的宿主遗传变异。

文章信息

标题: Multi-proteomic profiling of the varicella-zoster virus–host interface reveals host susceptibilities to severe infection

期刊: Nature Microbiology

发表时间: 2025年7月30日

作者: Girault V, Stukalov A等

DOI: 10.1038/s41564-025-02068-7

主要结果

样本来源

研究团队以人神经母细胞瘤SK-N-BE2细胞为神经元模型，构建三大互补质谱数据集。首先，采用VZV rOka株感染48 h，获取宿主蛋白表达全景，系统量化宿主蛋白表达变化；其次，对64个VZV ORF分别进行C端V5标签表达，利用AP-MS建立并解析病毒蛋白与宿主蛋白的物理互作网络；最后，通过单独过表达每个ORF，结合LC-MS/MS定量宿主蛋白组，构建效应组，评估单个病毒蛋白对宿主蛋白丰度的功能扰动。

VZV扰乱神经元和抗病毒细胞因子

VZV感染神经母细胞瘤SK-N-BE2细胞后，蛋白质组学分析显示66种VZV蛋白和大量宿主蛋白表达改变。感染促进了细胞周期进程并抑制凋亡，同时下调了神经元发育关键因子和转录调控蛋白。值得注意的是，经典抗病毒反应未被激活，仅少数先天免疫相关蛋白表达增加，表明VZV能有效抑制宿主防御机制。这些变化共同揭示了VZV通过重编程宿主细胞功能（尤其是细胞周期和转录调控）来维持感染的分子机制。

图1 VZV调节受感染神经元细胞的蛋白质组特征。a，VZV-宿主蛋白质组学调查的实验设计。对神经母细胞瘤SK-N-BE2细胞进行VZV感染，采用自下而上的MS分析感染对其蛋白质组的影响，生成感染数据集。用单个V5标记的VZV ORF转导SK-N-BE2细胞，并在标记的病毒诱饵的AP后通过MS分析（相互作用组数据集）和蛋白质组水平（效应组数据集）。b，VZV诱导的SK-N-BE2细胞感染VZV的蛋白质丰度变化48h的火山图。c，在VZV感染的SK-N-BE2细胞中下调或上调的细胞蛋白中富集的GO项。

VZV-宿主相互作用网络破译细胞扰动

为了系统研究VZV与宿主蛋白的相互作用，研究者通过亲和纯化-质谱联用（AP-MS）技术构建了VZV-人类蛋白互作网络，共鉴定出1,181个特异性互作，涉及56个VZV蛋白和900个宿主蛋白。其中ORF4、ORF9、ORF12、ORF49和ORF63是连接最密集的病毒蛋白。互作分析揭示了病毒蛋白的亚细胞定位特征以及新功能：ORF32与转录因子GTF2B结合，ORF59结合染色质重塑蛋白CHD8/9，ORF61和ORF66分别靶向NF-κB调控因子USP11和NKIRAS2。此外，病毒粒子组装相关蛋白与细胞内运输机器的互作提示了病毒利用宿主运输机制的策略。功能复合体分析显示，VZV蛋白协同靶向关键宿主通路：ORF4和ORF12分别特异性结合m6A甲基化复合体和剪接体，ORF48关联非同源末端连接修复复合体，ORF9与转录因子TFIIIC复合体互作可能介导了感染细胞中GTF3C的下调。该研究首次报道了13个VZV蛋白的宿主互作伙伴，为理解病毒劫持宿主机制的分子基础提供了全面资源。

图2神经元细胞中的VZV-宿主蛋白-蛋白质相互作用网络。a，神经母细胞瘤SK-N-BE2细胞中AP-MS产生的单个V5标记的VZV蛋白-宿主相互作用组的组装网络。VZV诱饵和宿主猎物分别显示为正方形和椭圆形。病毒蛋白根据其基因名称进行编号。选择用于CRISPR-Cas9敲除筛选的宿主蛋白以粉红色突出显示。b，与单个VZV蛋白相互作用的宿主蛋白中富集的GO细胞成分的条形图。

蛋白质组变化定义了 VZV 蛋白的特定作用

研究者通过质谱分析发现，39个VZV蛋白可调控宿主细胞中3,770个蛋白的表达水平。其中ORF61降低免疫因子IFI16，ORF10上调β-catenin，与HSV-1同源蛋白功能一致。ORF9A减少血脑屏障蛋白表达，ORF61激活二磷酸酰胺代谢通路。ORF38和ORF10维持细胞连接，ORF8和ORF12则阻滞细胞周期。不同病毒蛋白对神经相关基因呈现相反调控。该研究首次系统揭示了多个未表征蛋白的功能，包括ORF1调控离子转运、ORF15参与代谢调控、ORF46影响线粒体功能等，为理解疱疹病毒与宿主相互作用提供了重要线索。

图3病毒蛋白的效应组识别个体功能。a，通过全蛋白质组MS分析检测到，在表达单个VZVORF的神经母细胞瘤SK-N-BE2细胞中上调或下调的细胞蛋白数量。ORF根据其在病毒复制过程中的表达动力学进行排名，并且作为病毒粒子一部分的病毒蛋白用星号（*）注释。b，在表达指定单个VZV蛋白的SK-N-BE2细胞中调节的细胞蛋白中富集途径（GO生物过程）、转录组因子靶基因集（OmniPath）和人蛋白-蛋白质复合物（CORUM，IntAct）的网络.病毒蛋白根据其基因名称进行编号。监管的术语根据图例中定义的亲本细胞功能进行着色。

系统数据整合揭示分子策略

通过整合互作组和效应组数据，研究揭示了VZV蛋白调控宿主细胞功能的分子机制。ORF61通过结合VCP-UBXN7复合体促进IFI16的蛋白酶体降解，这一过程在病毒感染中同样存在。网络分析显示，ORF12通过靶向PI3K和RTK复合体发挥抗凋亡作用，而ORF9则通过调控细胞骨架组织和SUMO化通路参与病毒组装和释放。这些发现不仅验证了已知的病毒蛋白功能，还提出了ORF12可能通过PRKCA和CREB1介导抗凋亡作用等新假设。

图4 多蛋白质组学数据集成。a，通过对感染组（infection）与效应组（effectome）数据集（1）或效应组与互作组（interactome）数据集（2）的正交整合，提出VZV功能相关的分子机制假设。b，在HEK293T细胞中，与HA-GFP、HA-ORF61或HSV-1HA-ICP0共转染后，IFI16的Westernblot分析。c，对HFF细胞进行免疫荧光分析：模拟感染或用重组HA-ORF61-VZV感染8h，并加或不加蛋白酶体抑制剂MG-132。细胞用IFI16、VZV（ORF61）及DAPI染色，在×10物镜下分析，每条件>120个细胞核。用DAPI对细胞进行IFI16和VZV（ORF61）染色。每种条件以×10放大倍率分析了120多个细胞核。d，对HFF细胞进行免疫荧光分析，观察UBXN7与VZVORF61的亚细胞共定位。e，对HFF细胞的免疫荧光分析：对照或经shRNA敲低UBXN7的细胞，再转导V5-ORF61或V5-GFP。细胞用IFI16、V5标签及DAPI染色，×20物镜下分析，每条件>500个细胞核。f，将互作组与效应组数据映射至ReactomeFI细胞基因网络，并进行网络扩散分析，生成各病毒ORF扰动的基因子网络。g,h，通过网络扩散预测得到的VZVORF12（g）与ORF9（h）代表性子网络。

功能筛查识别VZV感染的宿主因素

通过CRISPR-Cas9筛选，研究者从116个关键宿主蛋白中鉴定出5个抗VZV因子和7个促VZV因子。其中MPP8作为HUSH复合体成员本应抑制病毒DNA表达，却意外显示出促病毒活性；锌指蛋白ZNF280D也表现出促进病毒复制的新功能。基因敲除实验证实，缺失MPP8会导致HUSH复合体其他组分不稳定，从而限制病毒扩散。该研究不仅验证了已知的VZV限制因子，还揭示了多个宿主蛋白在病毒复制中的新作用。

图5 功能丧失筛查识别VZV限制和依赖因素。a，VZV复制的宿主基因敲除筛选。b，a 中敲除筛选的流式细胞术设门策略。通过设门排除 MeWo 接种细胞，并分别圈选目标细胞（BFP⁺）和对照细胞（GFP⁺）。图中为代表性的 NTC 模拟感染孔和感染孔，标注了各门内细胞数。c，基于 VZV 蛋白质组学调查选取的 116 个宿主基因进行阵列敲除筛选。d，通过流式细胞术分析验证MPP8和ZNF280D的功能。e，按 d 所述方法感染后，SK-N-BE2 细胞中 NTC 或相应基因敲除株的 MRI 相对估计值（Methods）的倍数变化。

患者基因变异影响VZV限制因素

通过整合多组学数据与临床遗传分析，研究在13例VZV中枢神经系统感染患者中鉴定出66个罕见致病基因变异。其中，抗病毒因子NPHP4的S862N突变（来自一名VZV脑膜脑炎患者）被预测为最具破坏性。实验证实NPHP4缺失促进VZV扩散，而回补野生型NPHP4可抑制病毒复制，但携带S862N突变的蛋白丧失此功能。机制研究发现，该突变破坏了NPHP4与14-3-3蛋白（特别是YWHAE和YWHAH）的结合能力，这可能通过影响WNT信号通路而非经典抗病毒免疫来发挥作用。该研究首次将宿主遗传变异（如NPHP4 S862N）与VZV严重CNS感染相关联，为理解相关疾病的发病机制提供了新视角。

图6 VZV中枢神经系统感染患者的罕见变异分析发现限制性因子NPHP4发生突变。a，对来自13例免疫功能正常、但罹患VZV中枢神经系统感染患者的WES变异进行基因优先级排序。b，利用流式细胞术验证NPHP4的功能并表征NPHP4(S862N)变异。c，按b所述方法感染后，计算NTC或NPHP4敲除SK-N-BE2细胞在转导EV、NPHP4-WT或NPHP4(S862N)后的MRI相对NTC或EV对照的倍数变化。d，在SK-N-BE2细胞中利用AP–MS获得的HA-NPHP4野生型及S862N变异的互作组。以HA-GFP为对照，展示log₂富集因子。e，综述本研究通过多蛋白组学和功能分析所揭示的VZV与NPHP4之间的病毒-宿主相互作用，以及对S862N变异的功能表征。NS，差异无统计学意义。

总结与不足

总结

本研究首次以“感染组-互作组-效应组”三维蛋白质组学框架，系统阐述了VZV在神经元环境中的全部“战术动作”。其意义不仅在于扩充了疱疹病毒-宿主界面的分子图谱，更在于示范了一种可复制的研究范式——将无偏质谱、CRISPR 功能筛选与患者遗传学直接闭环，实现从“分子发现”到“临床解释”的一步跨越。研究揭示的 MPP8、ZNF280D、NPHP4 等宿主因子，为靶向宿主而非病毒的“下一代抗病毒策略”提供了候选靶点；同时，NPHP4-S862N 的功能失活首次将罕见遗传变异与散发性 VZV-CNS 重症关联，提示未来对看似免疫正常的重症患者，也应纳入先天性免疫缺陷的筛查视野。

不足

1. 由于仅使用神经母细胞瘤模型，研究结果在原代神经元或其他细胞类型中的普适性仍需验证；

2. 病毒株为实验室rOka，是否覆盖临床分离株尚需扩展；

3. 体内小鼠或人脑组织验证尚未开展，NPHP4-S862N的病理贡献仍需更多病例。