先天免疫抗病毒新机制的研究

Vertebrates utilize pattern recognition receptors (PRRs), such as Toll-like receptors (TLRs), RIG-I-like receptors (RLRs) and recent identified DNA sensors, to recognize nucleic acids derived from invading pathogens, leading to the production of type I interferons (IFNs) and pro-inflammatory cytokines. Distinct from vertebrates, plants and invertebrates predominantly utilize RNA interference (RNAi) for antiviral defense. These functional differences raise two questions: 1) whether the original function of RNAi in antiviral immunity was gradually "degenerated"? 2) How the antiviral mechanism based on PRRs and IFN was gradually set up? Amphioxus, the most basal chordate, is one of the key species to elucidate these issues. Moreover, homologous of vertebrate DNA sensors and IFN could not be found in invertebrates. Therefore, this study intends to establish viral infection model to study whether RNAi related genes in amphioxus play a role in antiviral immunity. This study also will screen the nucleic acids recognition receptors and antiviral immune effectors in amphioxus and then performed functional comparison between amphioxus and mammals, in order to fill up the gap in our understanding of how the antiviral mechanism based on IFN evolved.

先天免疫抗病毒是当前免疫学研究的热点之一。脊椎动物主要通过核酸识别受体识别病毒来源的核酸，并诱导I型干扰素及炎症因子的产生来清除病毒感染。而植物及果蝇等无脊椎动物则主要通过内源RNAi，产生能够识别病毒基因组的siRNA，阻断病毒的复制。脊椎动物和无脊椎动物截然不同的先天免疫抗病毒机制引发了新的思考：RNAi抗病毒的功能在进化过程中是否逐步“退化”？核酸识别受体诱发干扰素产生的抗病毒机制又是如何逐步建立的？脊索动物文昌鱼，作为无脊椎向脊椎动物过渡的物种，无疑是阐明以上两个问题的关键。另外，与已知DNA识别受体及干扰素等同源的基因并未在文昌鱼中被发现。因此，本项目拟建立文昌鱼病毒感染模型，研究文昌鱼RNAi相关基因是否发挥抗病毒作用，筛选文昌鱼核酸识别受体及抗病毒效应分子，并对进化保守的新分子回溯到哺乳动物中开展研究，以期发现新的先天免疫抗病毒机制并阐明脊椎动物IFN抗病毒机制的起源及演化。

为发现新的病毒核酸识别受体及新的抗病毒免疫调控机制，本项目通过RNAi 及DNA/RNA pull-down 技术，在文昌鱼及七鳃鳗中筛选鉴定出3个新的病毒核酸识别受体，包括ZNFX1，DDX23及Apaf-1。通过回溯到哺乳动物细胞中开展系统的比较免疫学研究，阐明了ZNFX1及DDX23识别病毒来源RNA并通过MAVS激活下游抗病毒免疫信号通路的机制。本项目还成功建立文昌鱼及七鳃鳗的VSV及NoV病毒感染模型，通过RNA-seq及vsiRNA-seq分析，发现ZNFX1及MOV10通过RNAi参与抗病毒免疫的现象。通过多物种的比较研究，阐明了由gasdermin所介导的细胞焦亡机制在抗感染过程中的重要作用。除此之外，本项目发现m6A writer 复合物成员WTAP及参与APA 加工的3’加工因子CPSF6参与抗病毒免疫稳态调控的新机制。项目在研期间在Nat Cell Biol, EMBO Rep, Front Immunol, Fish Shellfish Immunol 发表论文 4 篇；项目负责人以第二完成人获“广东省自然科学奖一等奖”一项，以第一完成人身份申请发明专利1项。与项目直接相关的研究，还有两篇投稿于Sci Adv和Front Immunol杂志的研究论文正在进行最后的返修。项目目前已培养博士生研究生4名，硕士研究生3名，博士后1名。总的来说，项目按计划完成，并从转录后修饰角度，对抗病毒免疫调控新机制的挖掘进行了拓展。