PNAS：科學家發現寨卡病毒宿主種屬限制性的關鍵因子，助力病毒易感動物模型的開發

導 讀

寨卡病毒（Zika virus，ZIKV）是一種蚊媒病毒，於1947年首次在烏干達恆河猴中發現，屬黃病毒科黃病毒屬，為單股正鏈RNA病毒。ZIKV感染導致的新生兒小頭畸形和格林-巴利綜合征，引起全球的高度關注。但是人類對其宿主範圍的限制性卻知之甚少。近日，普林斯頓大學科學家系統測試了ZIKV在不同進化多樣種屬體內外的感染能力，發現寨卡病毒NS2B3蛋白酶會種屬特異性擾亂STING依賴的抗病毒細胞防禦信號通路，是影響寨卡病毒宿主種屬限制性關鍵因子。相關研究以「Species-specific disruption of STING-dependent antiviral cellular defenses by the Zika virus NS2B3 protease」為題，發表於2018年6月18日的新一期《美國國家科學院的院刊》（PNAS）。

Fig. 1. DFs from different species have differing permissivity to ZIKV infection.

研究背景

許多病毒可以導致人類疾病，但人類對於其有限的宿主嗜性目前仍知之甚少，近年來再發的Zika病毒（Zika virus，ZIKV）正是其中的一個例子。寨卡病毒感染夠影響神經系統，導致新生兒小頭症以及成年人格林－巴利綜合征等嚴重疾病，曾被世界衛生組織宣布為「全球關注的突發公共衛生事件」。雖然針對該病毒的疫苗有一定的進展，但對於對其宿主範圍的限制性卻知之甚少。

結果速覽

1.為了揭示Zika病毒(ZIKV)的宿主範圍，研究者探討了ZIKV對進化多樣的物種成纖維細胞的感染能力。結果發現，ZIKV在人類、大猿、新舊世界猴的細胞中可以有效感染，而在嚙齒動物細胞中感染效率非常低（Fig1）。

2. 為了探討其可能的作用機制，研究發現，ZIKV感染人源細胞能拮抗STING信號通路誘導的IFN的產生，而在鼠源細胞中則無效，提示ZIKV病毒逃逸抗病毒機制在嚙齒類細胞中效率較低（Fig2）。

Fig. 2. ZIKV infection blocks cGAMP-induced IFN production in human DFs.

3. 進一步的研究證實，人源而非鼠源的STING可以被ZIKV、登革病毒、西尼羅河病毒和流行性乙型腦炎病毒而非黃熱病病毒編碼的蛋白酶NS2B3裂解（Fig3,4）。其裂解部位位於STING的78/79位之間，在非人靈長類動物和嚙齒動物中僅部分保守，這可能是導致其具有抵抗降解的原因。

Fig. 4. Flavivirus proteases cleave hSTING at Arg-78.

4. 使用CRISPR/Cas9技術干擾STING信號通路會增加小鼠對ZIKV易感性，但卻不影響人類細胞對ZIKV的敏感性；在STING敲除的小鼠中表達鼠源而非人源的STING則能使ZIKV抑制感染的表型得以恢復，進一步證實了STING信號對於小鼠抵抗ZIKV非常重要（Fig5）。然而，STING缺陷的小鼠並未表現出對ZIKV感染的增強，表明還有其它的抗病毒途徑控制ZIKV在小鼠體內的感染。

Fig. 5. STING restricts ZIKV infection in a species-dependent manner.

結 語

為了揭示Zika病毒(ZIKV)的宿主範圍，研究者探討了ZIKV對進化多樣的物種細胞的感染能力。結果發現，ZIKV在人類、大猿、新舊世界猴的細胞中可以有效感染，而在嚙齒動物細胞中感染效率非常低。這些現象與ZIKV在所檢測的靈長類而非小鼠細胞的cGAS/STING信號通路的影響有關。研究證實，一個在多種黃病毒中共有的蛋白酶（NS2B3）對於這些抗病毒防禦的滅活有關。本研究強調了cGAS/STING信號通路在形成ZIKV宿主範圍中的重要性，推測許多RNA病毒可以逃逸cGAS/STING依賴信號，研究的結果解釋了或至少部分解釋了嚙齒類動物不能被ZIKV有效感染，這將有助於開發對ZIKV和其他黃病毒遺傳易感的小鼠模型。

第一作者丁強博士

丁強博士2013年6月在中國科學院上海巴斯德研究所獲得博士學位，從事丙型肝炎病毒誘導和逃逸宿主天然免疫反應的研究。博士期間尋找並鑒定MDA5是識別HCV感染並啟動抗病毒免疫反應的關鍵宿主因子（Cao, Ding et al. Journal of Hepatology 2015），並且還發現HCV的NS3/4A蛋白酶和NS4B蛋白能夠通過不同的機制抑制抗病毒免疫反應的發生(Ding et al. Journal of Hepatology 2013; Ding et al. European Journal ofImmunology 2012)。這些發現對於揭示HCV建立慢性化感染具有重要的意義。

丁強博士2014年1月份加入普林斯頓大學分子生物學系繼續從事丙型肝炎病毒和宿主相互作用的研究，期間獲得New Jersey Commission on Cancer Research的研究資助利用基因嵌和技術（knockin）構建了HCV人源化受體嵌和小鼠模型。研究表明，該小鼠可以有效的支持HCV的感染，是研究HCV入侵肝臟細胞重要的遺傳模型，同時也是評價HCV疫苗效果的重要工具（Dinget al. Journal of Virology 2017）。在博士後研究期間，丁強博士也將研究興趣擴展到其他病毒領域。丁強博士建立了基於HEV ORF2/ORF3以及ORF1的HEV反式互補細胞培養模型。運用該新型細胞模型系統性地研究了ORF3蛋白在HEV生活史中的功能，鑒定了ORF3的離子通道活性，並且證明了離子通道活性對於病毒釋放的重要作用(Ding et al. PNAS 2017)；發現了調控HEV亞基因組合成的啟動子序列(Dinget al. mBio 2018)。

ABSTRACT

The limited host tropism of numerous viruses causing disease in humans remains incompletely understood. One example is Zika virus (ZIKV), an RNA virus that has reemerged in recent years. Here, we demonstrate that ZIKV efficiently infects fibroblasts from humans, great apes, New and Old World monkeys, but notrodents. ZIKV infection in human—but not murine—cells impairs responses toagonists of the cGMP-AMP synthase/stimulator of IFN genes (cGAS/STING) signaling pathway, suggesting that viral mechanisms to evade antiviral defenses are less effective in rodent cells. Indeed, human, but not mouse, STING is subject to cleavage by proteases encoded by ZIKV, dengue virus, West Nilevirus, and Japanese encephalitis virus, but not that of yellow fever virus. Theprotease cleavage site, located between positions 78/79 of human STING, is only partially conserved in nonhuman primates and rodents, rendering these orthologs resistant to degradation. Genetic disruption of STING increases the susceptibility of mouse—but not human—cells to ZIKV. Accordingly, expression of only mouse, not human, STING in murine STING knockout cells rescues the ZIKV suppression phenotype. STING-deficient mice, however, did not exhibit increased susceptibility, suggesting that other redundant antiviral pathways control ZIKV infection in vivo. Collectively, our data demonstrate that numerous RNA viruse sevade cGAS/STING-dependent signaling and affirm the importance of this pathway in shaping the host range of ZIKV. Furthermore, our results explain—at least inpart—the decreased permissivity of rodent cells to ZIKV, which could aid in the development of mice model with inheritable susceptibility to ZIKV and other flaviviruses.

參考文獻：

1.QiangDing, Jenna M. Gaska, Florian Douam, Lei Wei, David Kim, Metodi Balev, BrigitteHeller, and Alexander Ploss.Species-specific disruption ofSTING-dependent antiviral cellular defenses by the Zika virus NS2B3 protease.PNASJune 18, 2018. 201803406.

本期編輯：Annabella

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