腸道病毒71型通過下調(diào)IRF9的蛋白水平抑制干擾素的抗病毒作用*

王春陽 魏蘭蘭 嚴(yán)琴琴 嚴(yán)喜章 白 丹 倪 菁 杜向陽

(西安醫(yī)學(xué)院臨床醫(yī)學(xué)院，西安 710021)

腸道病毒71型(Enterovirus 71，EV71)是引起手足口病的主要病原體。EV71屬于小RNA病毒科，腸道病毒屬，單股正鏈RNA病毒。近年來因其會引起重癥患兒神經(jīng)系統(tǒng)并發(fā)癥甚至死亡而引起國內(nèi)外廣泛關(guān)注。大部分EV71感染的患兒主要表現(xiàn)為手足口臀部的皰疹，一周內(nèi)可自愈。少部分病例會出現(xiàn)神經(jīng)系統(tǒng)并發(fā)癥，如腦干腦炎、脊髓灰質(zhì)炎樣麻痹，甚至出現(xiàn)神經(jīng)源性肺水腫、肺出血，最終危及生命。目前臨床上針對EV71感染的治療主要為對癥治療和支持治療，尚無有效的抗病毒藥物以及上市的疫苗。盡管幾十年來干擾素(Interferon，IFN)作為臨床一線的抗病毒藥物被用來治療多種病毒的感染，但臨床上用IFN治療EV71感染的效果卻并不顯著[1]。并且體外實(shí)驗(yàn)表明，只有高劑量提前應(yīng)用IFN才能對EV71感染的Vero細(xì)胞有一定的保護(hù)作用[2]。因此EV71必然存在可以拮抗IFN-β反應(yīng)的機(jī)制。

IFN-β發(fā)揮其抗病毒作用依賴于JAK-STAT信號通路。IFN-β首先與其受體結(jié)合，引起與受體相連的JAK激酶磷酸化，進(jìn)一步誘導(dǎo)下游STAT1和STAT2的磷酸化，然后與胞漿中的IRF9一起組合成磷酸化的復(fù)合物ISGF3，ISGF3入核誘導(dǎo)成千上萬的抗病毒基因(ISGs)的表達(dá)[3,4]。

迄今為止，對EV71感染后抑制JAK-STAT信號通路的具體機(jī)制仍不明確，亟待進(jìn)一步研究。Lu等[5]的研究發(fā)現(xiàn)EV71 2A 蛋白能夠裂解IFN受體IFNAR1，降低IFN與其受體的結(jié)合，從而抑制IFN的下游信號通路。然而，另外一項(xiàng)研究表明，EV71并不是通過降低干擾素受體IFNAR1的蛋白水平，而是通過降低JAK1的蛋白水平，來阻斷Ⅰ型IFN的反應(yīng)[6]。本研究旨在通過研究JAK-STAT信號通路，探究EV71感染抑制IFN-β抗病毒作用的具體機(jī)制，從而為今后EV71感染的治療提供思路。

1 材料與方法

1.1材料

1.1.1細(xì)胞和病毒 人橫紋肌肉瘤RD 細(xì)胞購自美國典型培養(yǎng)物中心(American type culture collection，ATCC)； EV71病毒(阜陽株)由江蘇省疾病預(yù)防與控制中心惠贈。

1.1.2試劑和儀器 反轉(zhuǎn)錄試劑盒、SYBR熒光定量PCR試劑盒購于TaKaRa公司；Anti-phosphorylated STAT1抗體、Anti-STAT1、Anti-histone H1、Anti-IRF-9 (D2T8M) 抗體購自美國Cell signaling公司；Anti-GAPDH抗體及辣根過氧化物酶標(biāo)記的山羊抗小鼠IgG購自武漢巴傲得生物科技有限公司；StepOneTMReal-time PCR 儀器為美國ABI公司產(chǎn)品；NANODROP 2000核酸定量儀為美國Thermo公司產(chǎn)品；凝膠成像儀和水平電泳儀為美國Bio-Bad公司產(chǎn)品。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1細(xì)胞分組 本實(shí)驗(yàn)分為4組，包括正常對照組(Control組)、EV71病毒對照組(EV71組)、僅有IFN-β處理組(IFN-β組)、EV71+IFN-β處理組(EV71+IFN-β組)。

1.2.2免疫印跡檢測 EV71以MOI為1感染RD細(xì)胞，為感染組做對照，24 h后，加入IFN-β(終濃度為20 ng/ml)共同孵育30 min。棄去上清，預(yù)冷的PBS洗滌3次后用1×SDS sample buffer冰上裂解細(xì)胞蛋白20 min，4℃ 12 000×g離心10 min，將上清轉(zhuǎn)移至新離心管中。用于后續(xù)PAGE和Western blot實(shí)驗(yàn)。電泳后將細(xì)胞蛋白轉(zhuǎn)移到PVDF膜上，用5%的小牛血清(BSA)室溫封閉1 h，然后將膜與含一抗的封閉液一起孵育，4℃靜置過夜。用TBST漂洗膜3次，每次10 min。再將膜與含二抗的封閉液一起室溫孵育2 h。TBST漂洗膜3次，每次10 min。然后將膜放于凝膠成像儀中拍照。

1.2.3細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)蛋白分離 感染和未感染的RD細(xì)胞在IFN-β處理30 min后，根據(jù)核質(zhì)抽提試劑盒(P0027，碧云天，江蘇，中國)說明書先配好相關(guān)試劑，放于冰上備用。用PBS將細(xì)胞清洗3遍，然后用EDTA溶液處理細(xì)胞，離心收集細(xì)胞至新的EP管中，盡量吸盡上清，留下沉淀。然后根據(jù)試劑盒說明書進(jìn)行核質(zhì)蛋白抽提。將抽提的蛋白放于-70℃凍存。胞核和胞漿成分用BCA蛋白定量試劑盒進(jìn)行定量，用于后續(xù)的電泳實(shí)驗(yàn)。

1.2.4實(shí)時(shí)熒光定量PCR(Real-time PCR)測定ISGs mRNA的表達(dá) 根據(jù)RNA提取試劑盒(Qiagen，Germany)說明書提取感染細(xì)胞和未感染細(xì)胞的總RNA。用美國Thermo公司的Nanodrop測定RNA的濃度與純度。按照TaKaRa公司的2 Step Real-time RT-PCR逆轉(zhuǎn)錄試劑盒(RRO36A)說明書，取500 ng RNA反轉(zhuǎn)錄成cDNA。然后用獲得的cDNA作為模版按照TaKaRa的SYBR熒光定量Real-time PCR試劑盒(RR420A)的說明書配制PCR反應(yīng)液，然后在Applied Biosystems StepOnePlusTM儀器上進(jìn)行熒光定量反應(yīng)。PCR反應(yīng)條件是：95℃預(yù)變性30 s，然后95℃ 5 s 60℃ 30 s,進(jìn)行40個(gè)循環(huán)。內(nèi)參基因選取磷酸甘油醛脫氫酶(Glyceraldehyde phosphate dehydrogenase，GAPDH)基因。每個(gè)3個(gè)孔，每次實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次?；虻谋磉_(dá)水平按照公式2(ΔCt of Gene-ΔCt of GAPDH)進(jìn)行計(jì)算。各種ISGs的引物序列見表1。

1.3統(tǒng)計(jì)學(xué)處理 采用SPSS統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。P<0.05表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1EV71 抑制ISGs的產(chǎn)生 EV71以MOI為1感染RD細(xì)胞24 h，隨后用IFN-β處理細(xì)胞，24 h后提取總RNA，并用Real-time PCR法檢測ISGs的表達(dá)。結(jié)果顯示，OAS1、MX1、ISG54 mRNA表達(dá)水平在EV71組和未感染組并無明顯差別。IFN-β組與Control組相比，OAS1、 MX1、ISG54 mRNA表達(dá)水平明顯升高，分別上調(diào)約74倍、79倍、121倍，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)；EV71+IFN-β組與Control組相比，OAS1、 MX1、ISG54 mRNA表達(dá)水平也明顯升高，分別上調(diào)約27倍、29倍、73倍，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。但EV71+IFN-β組與IFN-β組相比，OAS1、 MX1、ISG54 mRNA表達(dá)水平明顯降低，分別下降約47%、50%和48%，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05，圖1)，提示EV71感染抑制了IFN-β誘導(dǎo)的ISGs mRNA的表達(dá)。

表1ISGs的引物序列

Tab.1PrimersforISGs

GenenameForwardprimerReverseprimerβ-actinATGGATGACGATATCGCTGATGAGGTAGTCTGTCAGGTOAS1CCAAGCTCAAGAGCCTCATCTGGGCTGTGTTGAAATGTGTMX1GGGAAGGAATGGGAATCAGTCCCACAGCCACTCTGGTTATISG54AGCGAAGGTGTGCTTTGAGAGAGGGTCAATGGGCGTTCTGA

圖1 EV71 抑制IFN誘導(dǎo)ISGs的產(chǎn)生Fig.1 EV71 inhibited induction of ISGs stimulated by IFN-β

圖2 EV71感染并不影響STAT1/2的磷酸化水平和蛋白水平Fig.2 EV71 did not affect phosphorylation and expression of STAT1/2

2.2EV71感染并不影響STAT1/2的磷酸化水平和蛋白水平 EV71以MOI為1感染RD細(xì)胞24 h，隨后用IFN-β處理細(xì)胞，24 h后提取總蛋白，并應(yīng)用免疫印跡技術(shù)檢測STAT1/2的磷酸化水平和蛋白水平。結(jié)果顯示，與Control組相比，IFN-β組和EV71+IFN-β組STAT1和p-STAT1的蛋白水平明顯升高，表達(dá)量無明顯差異(圖2)，提示EV71感染并不影響STAT1的蛋白水平和磷酸化過程。

2.3EV71抑制p-STAT1的入核 EV71感染RD細(xì)胞24 h后，加入IFN-β處理細(xì)胞30 min，分別提取細(xì)胞胞漿蛋白和核蛋白，用免疫印跡法檢測p-STAT1在細(xì)胞中的定位情況，未感染組做對照。結(jié)果表明，IFN-β組，p-STAT1主要定位在胞核中(圖3)，而EV71+IFN-β組的p-STAT1主要定位在胞漿中，提示EV71可能抑制了p-STAT1的核轉(zhuǎn)位。

2.4EV71感染能夠降低IFN-β誘導(dǎo)的IRF9的表達(dá) EV71感染RD細(xì)胞24 h后，加入IFN-β處理細(xì)胞30 min，然后提取細(xì)胞總蛋白，應(yīng)用免疫印跡技術(shù)檢測IRF9蛋白的表達(dá)。結(jié)果表明，在IFN-β組細(xì)胞中，IRF9的表達(dá)明顯上調(diào)；而與IFN-β組相比，EV71+IFN-β組IRF9的蛋白水平明顯下調(diào)(圖4)，提示EV71感染抑制了IFN-β誘導(dǎo)的IRF9的表達(dá)。

圖3 EV71抑制p-STAT1的入核Fig.3 EV71 inhibited translocation of p-STAT1

圖4 EV71抑制IFN-β誘導(dǎo)的IRF9的表達(dá)Fig.4 EV71 inhibited expression of IRF9 induced by IFN-β

綜上，EV71可能是通過下調(diào)IRF9的表達(dá)來抑制IRF9與p-STAT1的相互作用，進(jìn)而阻斷ISGF3的核轉(zhuǎn)位。

3 討論

EV71是目前繼脊髓灰質(zhì)炎病毒后又一個(gè)引起神經(jīng)系統(tǒng)并發(fā)癥的腸道病毒。臨床上尚無有效的抗EV71病毒的藥物和疫苗。IFN-β作為天然免疫的第一道防線，因其具有廣泛的抗病毒效應(yīng)而在臨床上被用于各種病毒感染的治療。然而IFN-β治療EV71感染的患兒卻療效甚微，其機(jī)制亟待研究。高劑量的IFN的確可以提高EV71感染小鼠的生存率，但是高劑量的IFN因其有不可忽視的副作用而不能用于臨床。病毒在長期演化中進(jìn)化出了各種各樣的策略來逃逸或?qū)笽FN介導(dǎo)的宿主抗病毒免疫反應(yīng)。據(jù)報(bào)道，病毒可以通過多種機(jī)制抑制IFN-β的抗病毒作用。比如流感病毒非結(jié)構(gòu)蛋白NS1可以抑制STAT1/2的磷酸化，抑制下游的相關(guān)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)[7]。腺病毒的E1A蛋白能夠降低STAT1和IRF9的蛋白水平，從而阻斷ISGF3的形成[8,9]。呼腸孤病毒 μ2蛋白能促使IRF9 在細(xì)胞核內(nèi)的不正常累積，導(dǎo)致IRF9核輸出障礙[10]。目前關(guān)于EV71抑制IFN的JAK-STAT信號通路的具體機(jī)制研究尚少。Lu等[5]的研究發(fā)現(xiàn)EV71 2A 蛋白能夠裂解IFN的受體IFNAR1，從而降低IFN與其受體的結(jié)合，抑制IFN的下游信號通路。然而，另外一項(xiàng)研究表明，EV71并不是通過降低IFN受體IFNAR1的蛋白水平，而是通過降低JAK1的蛋白水平，來阻斷Ⅰ型IFN的反應(yīng)[6]。關(guān)于EV71如何逃逸IFN的抗病毒作用仍然存在爭議，因此妨礙了IFN將來用于治療臨床上的重癥患者。

本研究以EV71感染人橫紋肌肉瘤細(xì)胞建立感染模型，在此基礎(chǔ)上研究了EV71與外源性IFN-β的相互作用過程。我們發(fā)現(xiàn)EV71感染并不影響IFN-β誘導(dǎo)的p-STAT1的磷酸化和其蛋白的表達(dá)，說明在IFN-β作用過程中，EV71對JAKs的激活并沒有明顯的影響。并且在EV71感染過程中，IFN-β雖然能夠誘導(dǎo)STAT1 的磷酸化，但p-STAT一直停留在胞漿中，并沒有入核，說明EV71能夠抑制其核轉(zhuǎn)位。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)這種抑制作用可能通過下調(diào)IRF9的蛋白水平，進(jìn)而抑制IRF9與p-STAT1的相互作用。

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