RNAi抗病毒在哺乳动物中“重见天日”

作者: 中科院之声

来源: 中国科学院武汉病毒研究所

发布日期: 2017-06-21 06:54:54

RNAi技术在哺乳动物中的抗病毒功能得到证实,揭示了RNAi在哺乳动物中的抗病毒免疫作用及其机制,为抗病毒药物设计提供了新思路。

1998年,科学家安德鲁•法尔和克雷格•梅洛发现双链RNA会使与之同源的基因沉默,并将这种作用命名为RNA干扰(RNA interference , RNAi)。这种全新基因调控方式的发现,使他们获得2006年度诺贝尔生理学或医学奖这一殊荣。在漫长的岁月里,地球上的生命从肉眼看不见的单细胞生物进化成今天的植物、动物甚至人类。数亿年生命进化、生生不息。

RNAi是一种古老的生物抵御外来基因和病毒的保守机制,它生动地诠释了中国“以子之矛攻子之盾”的哲学。

当外来病毒入侵时,机体可以识别病毒复制产生的特异性双链RNA(dsRNA),然后利用一种叫Dicer的蛋白将其切割成小干扰RNA(siRNA)片段。随后,这些片段被运送至与RNA诱导沉默复合物(RISC)结合并变为单链,成为检测“探针”。一旦可与之互补的目标片段被探针发现,它就会被剪切降解。

病毒由此“失活”,不能再对机体本身造成危害。总结即是,RNAi能产生并利用来源于病毒的小RNA分子,特异性地摧毁并清除入侵的病毒。

RNAi技术开辟了基因研究的新篇章,研究者可设计双链RNA或siRNA分子使特定基因沉默。因此自被发现以来,RNAi一直是分子生物学和遗传学的研究热点,各种研究方兴未艾。目前研究发现在真菌、植物和无脊椎动物中RNAi均广泛存在,并已被公认在其中起到关键的抗病毒免疫作用。

RNAi在哺乳动物中同样存在,且被广泛用于生命科学与技术研究。然而,科学界对哺乳动物是否可同样利用RNAi通路来清除体内的病毒仍存争议。日前,中国科学院武汉病毒研究所病毒学国家重点实验室研究员周溪与军事医学科学院微生物流行病研究所研究员秦成峰合作在新研究中证实,RNAi通路在哺乳动物中具有抗病毒免疫功能。6月21日,他们的研究成果发表在《免疫》(Immunity)杂志上。

为何此前科学家们一直无法证明哺乳动物能用RNAi途径来杀死病毒呢?原因可能是魔高一丈。为了逃逸抗病毒RNAi,在长期的演化过程中,病毒形成了能对宿主抗病毒机制产生抑制作用的蛋白,即RNAi抑制子,可以对RNAi过程中的各个步骤产生干扰,从而确保病毒可以增殖和播散。科研人员猜测,哺乳动物病毒中可能存在着较强大的RNAi抑制蛋白,才使人们没有发现哺乳动物中RNAi的抗病毒功能。

经过大量细致的研究,科研人员利用导致婴幼儿手足口病的人肠道病毒71型(EV71)为模型,发现病毒编码的3A蛋白具有RNAi抑制子功能。它能够与病毒dsRNA结合,阻止Dicer蛋白对其进行剪切,抑制病毒来源的siRNA的产生,干扰RNAi过程。

反之,当3A蛋白的RNAi抑制活性缺失后,科研人员们果然在被EV71病毒感染的细胞与小鼠中发现了被高效激发的RNAi抗病毒反应,其有效的抑制了突变病毒的复制。此外,在正常的人体细胞和小鼠中,3A突变病毒的复制被RNAi极大的抑制;而在RNAi通路缺失的细胞中,突变病毒的复制则被显著的拯救。

众所周知,哺乳动物利用以干扰素为基础的系统来抵御病毒,免疫系统通过生成干扰素信号蛋白来放大机体对入侵物的攻击。该研究还同时证明RNAi在哺乳动物中所发挥的抗病毒作用不依赖于干扰素反应。科研人员在人类体细胞及动物中发现了病毒感染可以产生具抗病毒功能的小干扰RNA,确证了RNAi在哺乳动物中是一条抗病毒天然免疫通路。同时,这项研究也揭示了一种人类病毒(即EV71)在逃逸RNAi天然免疫中的具体机制。

在人类与致命病毒这场没有硝烟的战争中,该工作完善了对哺乳动物抗病毒免疫机制的认识,为针对该通路的抗病毒药物设计或免疫疗法研究提供了新思路。

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