北卡罗来纳大学医学院的科学家们发现了一种著名的人类蛋白质的双面性,这种名为STING的蛋白于2008年被发现,它在细菌、病毒和真核病原菌的所引起的天然免疫反应中都发挥着重要的调控作用,能帮助免疫系统抵抗病毒感染。而最新一项研究指出,一类病毒却需要这种蛋白质才能感染细胞并复制。
这一发现公布在PNAS杂志上,揭示一种目前尚没有有效抗病毒治疗方法的鼻病毒(rhinoviruse)的致命伤,这种病毒造成了普通感冒和急性喘息发作的70%,每年造成数百亿美元的健康相关费用。
UNC医学院医学,微生物学和免疫学教授Lemon说:“我们发现,这些鼻病毒,尤其是引起严重疾病的鼻病毒中,有很大一部分需要STING人类蛋白质来复制其RNA。我们不知道这是为什么,因此展开了进一步研究。我们的工作为控制这些讨厌的,有时是非常危险的病原体打开了新的大门。”
DNA病毒和RNA病毒
病毒其实是相对构成简单的“虫子”,能够感染人体细胞,然后进行复制,从而引起从普通感冒到COVID-19,甚至更危险的病原体,例如HIV和埃博拉病毒。
人体已经开发出了针对这些入侵者的一些防御措施,比如被STING蛋白,因其能够感知入侵者并增强我们对多种病毒,包括疱疹病毒和巨细胞病毒的抵抗力。而鼻病毒能让STING“反叛”人体,并利用它来促进自身的生长。许多病毒的基因组由DNA组成,而鼻病毒的基因组由RNA组成,RNA是所有生物基础上的一种相似的遗传密码。 STING帮助我们防御DNA病毒,但正在帮助这种RNA病毒。
人类鼻病毒包括一大类常见的呼吸道病原体,包括数十种不同的病毒-与儿童和成人的哮喘,肺炎和慢性肺部疾病恶化有关。没有可用的疫苗来预防这些常见的感染,因为这些病毒种类繁多。
Lemon的实验室研究了鼻病毒之类的病毒如何与人类蛋白质相互作用,希望找到一种途径来阻止或限制这种相互作用,从而限制症状和疾病的进展。
在研究参与这种相互作用的人类蛋白质时,他们发现了一些完全出乎意料的东西。研究人员使用细胞培养物,采用实验技术来剔除STING,看看会发生什么。令他们惊讶的是,该病毒无法感染细胞,并且复制被停止。
Lemon说:“以一种小分子靶向这种蛋白质是可能的,这将使患有鼻病毒的患者,特别是儿童和其他可能重病的人受益。”
STING蛋白与蝙蝠
我们已经知道那些可怕的人畜共患疾病的病毒——埃博拉病毒、马尔堡病毒、尼帕病毒以及SARS冠状病毒等均从蝙蝠体内释放给人类,但蝙蝠自己却似乎不受毒害。它的体内存在什么样独特的机制呢?这个问题长期以来一直困扰着研究人员。
研究人员在对两种远缘蝙蝠进行比较基因组学研究时偶然发现了另一个线索:那些显示出最明显的正向选择(positive selection)迹象的基因似乎与DNA损伤和先天免疫有关。
研究证实,蝙蝠该部分基因存在惊人突变:STING蛋白的重要磷酸化位点上的丝氨酸残基被另一个氨基酸替换。而且这种突变在蝙蝠中具有普遍性——30种蝙蝠体内都有。相比蝙蝠,其他10种被研究的动物(包括斑马鱼、鸡以及像家鼠和牛这一类的非飞行哺乳动物)体内,丝氨酸残基仍被保留着。
蝙蝠自身的DNA片段可以作为它在飞行过程中耗能的副产物释放到细胞质中,而突变帮助了免疫系统避免在每次飞行耗能时都要对那些副产物做出剧烈应答,从而为蝙蝠提供了进化优势。
(生物通)
原文标题:
Stimulator of interferon genes (STING) is an essential proviral host factor for human rhinovirus species A and C
https://www.pnas.org/content/early/2020/10/14/2014940117