干扰素诱导蛋白IFIT/ISG56家族抗病毒功能的结构生物学研究

ISG56/IFIT family proteins，which be induced by interferon and pathogen，have antiviral functions and can regulate cellular immune response. Previously, we first solved the crystal structure of ISG56/IFIT family proteins and discovered that their antiviral functions are related to their ability to recognize nucleotides. However, the molecular mechanism remains unknown. In this project, we aim to reveal the mechanism of ISG56/IFIT proteins using structural and cellular biology methods. Base on the information on crystal structure differences, nucleic acid recognitions, binding partners in innate immune pathway, we try to propose the mechanism of specificity of ISG56/IFIT family proteins' antiviral functions. Our results will deepen people's understanding on innate immune response and provide practical significance on clinical treatment.

病原体和干扰素能够诱导ISG56/IFIT 家族蛋白的表达, 它们不仅具有抗病毒作用，而且还参与调节细胞的免疫反应。前期我们在国际上率先解析了该家族成员的晶体结构，并且通过结构信息证实了其抗病毒功能与核酸结合能力有关，但是其背后的分子机制尚不明确。本项目拟通过结构生物学结合细胞生物学的手段，在已获得的研究结果基础上系统地开展ISG56/IFIT 家族各个成员的抗病毒和免疫功能的分子机制的研究，包括比较家族成员之间的晶体结构差异；明确识别和结合核酸的序列和结构的特异性；检测在免疫反应信号通路中相互作用的分子，最终揭示家族各成员选择性激活表达的条件和特异性抗病毒的原因。本项目的研究成果将对宿主抗病毒天然免疫领域的研究以及相应的免疫临床治疗具有重要的理论和现实意义。

机体在感染微生物后引起体液中多种细胞因子如TNF、IL-6、IL-8、IL-12、IFN-γ和MCP-1等迅速并大量产生，甚至可能引起细胞因子风暴以及急性呼吸窘迫综合症、多器官衰竭等多种严重的临床疾病。而目前为止，针对这些疾病在临床上并没有有效的治疗方法。有生存压力的细胞会释放内源性细胞因子，启动免疫应答反应，发挥有效清除受损伤或被感染的细胞的作用。在组织感染或损伤时，一类被称为损伤相关分子模式 (DAMPs) 的细胞因子释放并激活邻近的吞噬细胞，最终清除丧失正常功能的细胞。DAMP可以启动天然免疫应答并加剧炎症反应，进而对抗感染和细胞损伤。因此，DAMP的鉴定和其功能的揭示至关重要。在此，我们发现两个可以作为DAMPs发挥作用的蛋白，即N-myc和STAT相互作用蛋白 (NMI) 和干扰素诱导蛋白35 (IFP35) 。研究发现，IFP35和NMI可以在被LPS或者干扰素激活后一小时内，被单核细胞和巨噬细胞分泌到细胞外，并在脂多糖诱导的脓毒症模型或对乙酰氨基酚诱发的肝损伤模型中，被活化的巨噬细胞释放。胞外NMI和IFP35可以通过Toll样受体4 (TLR4) 激活NF-κB进而激活巨噬细胞并释放促炎性细胞因子。此外，在死于严重炎症反应的患者血清中，NMI的水平显著升高。NMI缺失可减轻炎症反应，并降低脓毒症模型和肝损伤模型中小鼠的死亡率。针对IFP35的抗体可以降低炎症因子的表达水平，从而有效提高败血病小鼠的存活率。因此，胞外的NMI和IFP35作为DAMP，加剧炎症反应，使其成为可应用于临床诊断以及干预治疗的潜在靶标。