Cell | 用于流感研究的CRISPR基因敲除小鼠资源库

撰文 |木兰之枻

结构简单的病毒却演化出了高度复杂的复制策略。在它们短暂的生命周期里——从最初的入侵、复制，到子代病毒的组装和释放——病毒全程“挟持”并利用宿主细胞自身的系统为自己打工【1-2】。这其中甲型流感病毒（甲流）是典型代表：作为一种RNA病毒，它每年会引发季节性的呼吸道流行病，甚至可能掀起席卷全球的大流行，给人类的公共卫生和经济带来重创。甲流病毒的基因组非常精简，仅包含8个独立的RNA节段，其整个生命周期的运转由少数几种特征明确的病毒蛋白协同调控。这主要包括：镶嵌在病毒包膜上、分别介导病毒入侵与释放的血凝素（HA）和神经氨酸酶（NA）；位于包膜下方、构成病毒骨架的基质蛋白（M1）；负责基因组转录与复制的病毒核糖核蛋白复合物（聚合酶PB1、PB2和PA均包含在内）；以及负责抑制宿主细胞干扰素反应的非结构蛋白1（NS1）【3】。尽管研究者对这些病毒组分已有深入了解，但对它们与宿主系统互作的分子机制仍认知有限。前期研究通过包括全基因组筛选在内的大量体外实验，已鉴定出数百个可能参与流感病毒生命周期的候选宿主因子【4-5】。尽管如此，考虑到体外细胞模型与机体复杂生理环境的巨大差异，这些体外发现的候选因子在体内环境中的确切功能仍有待深入探究。

近日，日本东京大学Yoshihiro Kawaoka实验室在Cell杂志上发表了题为A CRISPR knockout mouse library for functional genomics in influenza research的论文。研究者基于前期文献调研和体外siRNA筛选的结果，利用CRISPR-Cas9技术对上百种候选宿主因子进行敲除，最终构建出包含84种基因敲除小鼠品系的资源库。在此基础上，研究者成功鉴定出17种关键宿主因子，并揭示出其中两种因子独特的抗病毒机制。

研究者首先对现有的流感病毒相关互作组和全基因组RNAi筛选数据进行了综合分析，筛选出290种非致死性宿主基因以开展后续的功能验证。在体内实验之前，研究者先利用感染了甲流病毒的小鼠L929细胞进行siRNA体外筛选验证，发现敲低其中148种基因的表达可显著抑制病毒复制。随后，针对这148种候选基因，研究者利用CRISPR-Cas9基因编辑技术尝试构建小鼠模型，最终在C57BL/6J背景下成功构建了84种基因敲除的小鼠品系，其中包含45种纯合子品系和39种杂合子品系。

随后，研究者利用致死剂量的甲流大流行毒株MA-CA04在上述84种基因敲除小鼠中开展体内筛选。在病毒感染后14天内，研究者每天监测小鼠的存活率和体重变化，并通过将基因敲除小鼠品系与相应的野生型（WT）对照组的存活率进行比较，最终计算各品系的“增强保护效力”。研究结果显示，多种基因敲除小鼠对致死性的甲流病毒感染展现出显著增强的抗性。如雌性小鼠中Arhgef28、Lasp1、Nelfb、Slc2a12、Dapk2、Ncapd3、Gprasp2和Psmd2基因敲除有明显保护效果，雄性小鼠中Lasp1、 Hspb1、Cnih4、Ncln、 Arhgef28、 Cd81、 Igf2bp2、Ppm1g、Cirbp、Bzrap1和Myl6敲除有明显保护效果。以上部分基因敲除小鼠对病毒感染的抵抗展现出了性别差异，提示宿主防御反应或病毒致病过程可能存在性别特异性的机制。

最后，研究者对Arhgef28和Lasp1两种基因敲除小鼠抵抗甲流感染的机制进行了探索。结果显示，Arhgef28基因（编码RGNEF蛋白）敲除导致感染早期肺部病毒滴度显著降低，从而大幅提高了小鼠的存活率，这表明RGNEF在甲流病毒致病过程中发挥了促病毒的作用。与此相对的是，Lasp1基因（编码LASP1蛋白）敲除对肺部病毒滴度无明显影响，提示存在另一种不同的保护机制。

总体而言，本研究通过大规模构建针对流感病毒潜在宿主因子的基因敲除小鼠资源库，成功开展了针对甲流病毒的系统性体内筛选，并鉴定出多个关键宿主因子。这一研究策略有效发掘了在真实体内环境下调控病毒感染和复制的靶标，有望弥合体外实验与体内实际功能之间的鸿沟。该活体资源库及筛选平台的建立，不仅为深入探究流感病毒体内感染与宿主防御机制提供了重要的支撑，也为未来新型抗病毒药物的设计与研发提供了极具潜力的干预靶点。

https://doi.org/10.1016/j.cell.2026.05.032

制版人： 十一

参考文献

1. Fields, B.N., Knipe, D.M., and Howley, P.M. (2013). Fields Virology, Sixth Edition (Lippincott Williams & Wilkins [LWW]).

2. Jones, J.E., Le Sage, V., and Lakdawala, S.S. (2021). Viral and host heterogeneity and their effects on the viral life cycle.Nat. Rev. Microbiol.19, 272–282.

3. Krammer, F., et al. (2018). Influenza.Nat. Rev. Dis. Primers4, 3.

4. Watanabe, T., et al. (2014). Influenza virus-host interactome screen as a platform for antiviral drug development.Cell Host Microbe16, 795–805.

5. Tripathi, S., et al. (2015). Meta- and Orthogonal Integration of Influenza ‘‘OMICs’’ Data Defines a Role for UBR4 in Virus Budding.Cell Host Microbe18, 723–735.

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