流感病毒影响宿主RNA干扰机器的新机制

My research is primarily dedicated to investigate the role and mechanism of antiviral RNA interference (RNAi) in mammals (Science 2013). Recently, we found induction and suppression of antiviral RNA interference by influenza A virus (IAVs) also exists in mammalian cells (Nature microbiology 2016). Amongst several evolutionary advantages acquired by viruses, the ability to affect host cellular machinery and evade antiviral immune responses is imperative. During the past decade, RNA interference mechanisms mediated regulation of cellular protein expression, have revolutionized our understanding of host-viral interactions. Modulation of the RNA interference machinery by viruses may confer multiple benefits for enhanced viral replication and survival in host cells. Moreover, we found that IAVs NS1 protein induces nuclear sequestering of RNA-induced silencing complex (RISC) components in a strain-specific manner requiring histidine at position 101 (H101) of NS1 protein. These findings indicate that the evolution of IAVs may have strongly selected against the H101 mutation. The extremely strong negative selection pressure on the H101 mutation may be caused by its associated strain-specific protein activity, which is expected to have detrimental effects on the normal cellular function in the infected host. We need to further explore the complex interactions of IAVs with host cellular machinery in order to augment our understanding of host-virus interplay.

申请人在哺乳动物系统中发现并证明了RNA干扰介导的抗病毒免疫机制（Science，2013），并且确认了人类细胞中同样存在这种抗病毒机制识别和抑制甲型流感病毒（Nature Microbiology，2016）。在哺乳动物系统中对病毒和宿主RNA干扰机器相互作用的研究目前还处于比较初期的阶段，但是越来越多的研究表明了宿主RNA干扰机器和病毒的感染、复制以及致病性方面有着极其重要的联系。我们在研究人类细胞采取RNA干扰机器抑制甲流病毒的过程中，还发现了一个重要的甲流病毒影响宿主RNA干扰机器的致病机制。当甲流病毒非结构蛋白NS1上的一个重要氨基酸发生变异后，流感病毒感染宿主细胞时会影响RNA干扰机器相关重要蛋白的细胞定位，可以使这些蛋白从细胞质转移到细胞核中，从而造成细胞在生理功能上的紊乱。对这个机制的研究可以帮助我们全面的了解甲流病毒的致病机理，为全面的防治甲流的感染找到新的科学的依据。

相关研究结果表明抗病毒RNA干扰可以直接通过产生病毒感特异性的微小RNA来抑制甲型流感病毒的复制，另一方面，科研人员还发现了大量的证据表明宿主RNA干扰机器和不同病毒感染之间有着众多的联系。病毒在和宿主的共同进化过程中，进化出了许多的机制来影响宿主的RNA干扰机器，那么和人类密切相关的甲型流感病毒如何利用或抑制宿主的RNA干扰机器？本项目从这个重要的科学问题出发，首先，进行了大规模的甲型流感病毒NS1基因突变分析，发现了甲流病毒带有NS1（H101）突变的规律，阐明了该突变位点对甲流的致病性的影响机制，并且通过小鼠感染模型进行了验证。其次，发现甲型流感病毒NS1蛋白抑制宿主RNA干扰复合物的作用机理，其主要抑制抗病毒RNA干扰通路，并且是不依赖于干扰素途径的。再次，通过对甲流感染细胞的相关细胞因子进行全面的分析，发现了甲流NS1蛋白和宿主因子TRBP有相互作用，并且该作用影响了RNA干扰机器在加工宿主微小RNA的效率。最后，阐述了甲流NS1蛋白在小鼠体内抑制抗病毒RNA干扰的现象，建立了异源系统研究NS1蛋白功能的体系。这些研究工作表明甲型流感病毒在侵染过程中和宿主RNA干扰机器有着密不可分的联系，了解这些新的相互作用机制，可以为我们进一步研究流感病毒的致病机理打下基础，从而找到新的治疗手段。本项目目前已经按计划实施，相关研究内容已经完成。项目实施过程中发表SCI论文4篇：PLoS Pathogens （2篇）；Frontiers in Microbiology （1篇）；Emerging Microbes & Infections （1篇）。甲流病毒的致病机制和毒力往往随着病毒本身的不断突变而发生变化，项目的实施过程中，发现和阐明了甲流新的致病机理，为未来干预甲流的策略提供了科学的依据，相关成果具有转化的潜力。