寨卡病毒非结构蛋白负调节干扰素通路介导血脑屏障突破的分子机制研究

The pathogenic mechanism of zika virus (ZIKV) remains unclear. Nonetheless, it becomes clear that evasion of ZIKV from host antiviral innate immunity, particularly its antagonism against type I interferon production and the consequent antiviral immune responses, contributes to the neuropathogenesis of ZIKV. Recently, our preliminary results demonstrated that ZIKV-encoded protein NS4A and NS2B-3 antagonized the production of type I interferon and the expression of downstream antiviral proteins in host cells. Moreover, our studies showed that NS4A and NS2B-3, respectively interacted with the key adaptor protein MAVS and STING of the RLRs signaling pathways. Therefore, in the current project, firstly, we are aiming to systematically investigate the new biological functions of zika virus NS4A and NS2B-3 in innate immunity evasion. Secondly, we are aiming to demonstrate the molecular mechanism of zika virus-mediated innate immunity evasion by which NS4A and NS2B-3 inhibits the formation of RIG-I-MAVS-STING complexes, blocks the signal transduction, and ultimately antagonizes type I interferon production. Lastly, we are aiming to show that systemic spread of ZIKV from the site of infection to the brain requires IFN signaling deficiency triggered by several viral nonstructural protein (including NS1, NS2A, NS2B-3, NS4A and NS4B). Within this context, ZIKV infection of brain microvascular endothelial cell and astrocytes results in breakdown of the blood–brain barrier. Overall, the aim of this project is to clarify how zika virus evades the innate immune through targeting the RLRs signaling pathway, and these findings will not only have important implications for revealing the neuropathogenesis of ZIKV.

寨卡病毒会引起神经系统相关重症疾病，但机理未明，有报道其非结构蛋白NS1、NS2A、NS4B均可负调节IFN-I产生；最新报道IFN-I通路阻断是西尼罗病毒突破血脑屏障的直接原因。因此推测寨卡病毒持续性拮抗IFN-I产生，为其神经系统致病的重要环节。我们前期新发现其NS4A及NS2B-3可能分别调控RLR通路的MAVS及STING信号而负调节IFN-I。由此，本项目首先拟系统证明NS4A和NS2B-3分别直接结合MAVS和STING，阻断其下游信号转导最终拮抗IFN-I产生。更为重要，证明IFN-I通路直接介导寨卡病毒感染下血脑屏障突破而侵犯神经系统；其机理为NS1、NS2A、NS2B-3、NS4A及NS4B协同拮抗IFN-I产生，使得病毒持续性增强感染脑微血管内皮细胞并增加血脑屏障通透性。本研究将阐明寨卡病毒非结构蛋白通过拮抗IFN-I产生而突破血脑屏障，揭示其神经系统致病的首要环节。

寨卡病毒会引起神经系统相关重症疾病但致病机理未明，有报道其非结构蛋白NS1、NS2A、NS4B均可负调节IFN-I产生；最新报道IFN-I通路阻断是西尼罗病毒突破血脑屏障的直接原因。因此推测寨卡病毒持续性拮抗IFN-I产生，为其神经系统致病的重要环节。本项目按照研究计划顺利完成了研究任务，通过系列实验系统证明了课题的科学假说，达到了研究目标。首先，本研究发现了在寨卡病毒病患者体内血细胞中、体外培养的易感细胞系中，寨卡病毒能够拮抗机体或细胞内的IFN-I的产生。进而，本研究发现寨卡病毒感染细胞后，寨卡病毒非结构蛋白NS4A通过与宿主细胞MAVS蛋白结合，且两者的结合发生在MAVS的CARD区域以及跨膜区域，抑制了RIG-I-MAVS复合物的形成及其下游信号转导；同时，寨卡病毒非结构蛋白NS2B-NS3复合体通过与宿主细胞STING蛋白结合并将其切割失活，抑制了MAVS-SING复合物的形成及其下游信号转导；从而，从上游直接抑制RLRs信号通路的激活，最终阻断细胞I型干扰素的产生，使寨卡病毒逃逸宿主抗病毒天然免疫。再者，寨卡病毒其它非结构蛋白NS1-188V、NS2A、NS2B-NS3、NS4A以及NS4B一起协同下调宿主干扰素的产生，使得寨卡较高程度地感染脑微血管内皮细胞，增加血脑屏障的通透性，从而介导了血脑屏障的突破。本课题进一步阐明了寨卡病毒逃避天然免疫分子机制理论，揭示干扰素拮抗在寨卡病毒神经系统致病过程中的至关重要作用。通过对寨卡病毒免疫逃避机制研究的全面揭示，有助于将来针对寨卡病毒拮抗干扰素作用的抗寨卡药物的研发，以及从干扰素拮抗角度为寨卡疫苗的研究提供新方向。