蛋白激酶PKA调节抗病毒天然免疫信号转导的分子机制研究

Viral induction of type I interferon plays a critical role in host’s antiviral innate immune responses. Meanwhile, many delicate regulatory mechanisms have been employed by the host to avoid excessive immune responses. In our preliminary study, we found that protein kinase A (PKA) negatively regulated both RNA and DNA viruses-induced production of type I interferon in different cells. The specific aims of this project include: 1) To determine the mechanisms of PKA-mediated negative regulation of antiviral innate immune signaling under physiological conditions; 2) To investigate the potential relationships between antiviral innate immune signaling and other PKA-involved cell metabolic processes. The successful completion of this project will not only provide an interesting understanding on the delicate regulatory mechanisms that employed by the host to avoid excessive innate immune responses, but also provide potential targets for drug development against infectious and autoimmune diseases.

病毒感染诱导产生I型干扰素在机体抗病毒天然免疫反应中发挥关键作用，但此过程受到严密精细的调控以防过度免疫的发生。我们在前期的研究中发现激酶PKA能够负向调节细胞中RNA和DNA病毒诱导I型干扰素产生的过程。本项目的科学问题是：生理条件下激酶PKA如何负向调节机体抗病毒天然免疫反应，以及抗病毒天然免疫信号通路与PKA参与或受调节的其它信号通路之间是否存在调节关系。为此，本项目的研究内容包括：1. 研究PKA负向调节机体抗RNA和DNA病毒天然免疫反应的分子机制。2. 研究PKA与机体产生适度抗病毒天然免疫反应之间的生理相关性。3. 研究抗病毒天然免疫信号通路与PKA参与的细胞代谢过程之间的调节关系。该项目的成功完成有助于了解机体为避免发生过度免疫反应而采用的精细调控机制，并为感染与自身免疫等疾病的防治提供分子靶标和理论基础。

天然免疫是机体抵御病原微生物的入侵的第一道生理防线。病原入侵机体后，宿主天然免疫系统的模式识别受体（PRRs，pattern recognition receptors）识别病原体的病原相关分子模式（PAMPs，pathogen-associated molecular patterns），激活下游的信号通路接头蛋白，从而诱导I型干扰素（IFN）以及促炎因子的表达，进而促进抗感染免疫应答。近年来，越来越多的证据表明，细胞代谢和免疫反应相互调控。病毒感染机体后，机体会很快启动清除病毒的免疫反应；与此同时，机体细胞中的代谢稳态也将快速发生改变。抗病毒免疫信号通路与细胞代谢过程如何相互作用并最终实现有效的免疫反应是目前生物医学领域的研究热点，其中的分子机制仍然不清楚。本项目主要研究蛋白激酶PKA在抗病毒天然免疫应答中的功能和分子机制。具体包括以下问题：1、生理状态下，激酶PKA如何负向调节机体抗病毒天然免疫反应？2、抗病毒天然免疫反应与PKA参与的细胞代谢过程之间的潜在调节关系。3、胆汁酸调控抗病毒天然免疫应答的功能和机制。我们发现蛋白激酶PKA抑制RNA病毒感染诱导的I型干扰素等抗病毒基因的表达和细胞抗病毒天然免疫反应。进一步分子机制的研究发现，PKA与关键信号分子VISA相互作用，并催化VISA的T54位点发生磷酸化修饰。该位点的磷酸化修饰能够显著抑制VSIA的CARD结构域的寡聚化，并促进VISA通过泛素蛋白酶体途径的降解。动物实验表明，注射了PKA抑制剂的小鼠在RNA病毒感染后血清中I型干扰素的表达水平显著升高，并且对病毒感染引起的死亡更加抵抗。另外，本课题组发现病毒感染上调细胞中胆汁酸的含量，而细胞中积累的胆汁酸进一步能够通过TGR5-GRK-b-arrestin通路激活蛋白络氨酸激酶SRC，从而调节抗病毒信号通路中多个关键蛋白的酪氨酸磷酸化修饰，包括VISA/MAVS和MITA/STING等，最终启动有效的抗病毒免疫反应。动物实验表明，病毒感染诱导TGR5基因敲除小鼠的死亡率明显升高，而腹腔注射胆汁酸能够明显促进野生型小鼠的抗病毒能力。这些发现揭示了病毒感染过程中机体细胞中胆汁酸代谢和抗病毒天然免疫信号通路之间相互调控的内在规律，并为开发胆汁酸及其类似物作为抗病毒药物提供了重要基础。