Nature Communications：副黏病毒复制缺陷基因组利用促细胞存活机制建立慢性感染

 

 

病毒感染后的细胞产物名叫“有缺陷的病毒基因组（defectiveviralgenomes，简称DVGs）”，已知可触发免疫反应，本文研究人员证明它同时还打开了一个分子途径让被感染的细胞继续存活。研究采用了最新技术逐个细胞地筛查是否含有DVGs，结果发现DVG富集细胞在免疫系统的攻击下有能力继续存活。

 

“领域内公认DVGs促进了培养组织的持续感染，”微生物和免疫学副教授CarolinaB.López说。“但问题是，DVGs同时也恰好是免疫刺激物，如果DVGs能促进病毒存活，免疫系统又将如何清除病毒呢？这明显是一团矛盾，我们的工作找到了解释。”本文共同一作是López实验室的JieXu和YanSun，他们和其他合作者致力于DVGs研究。

 

当病毒开始迅速复制时，会生成有缺陷的病毒基因组，它们是有大量缺失的残缺版本。曾被认为不具有任何生物功能的DVGs，如今越来越受到重视，人们相信它们应该是病毒感染的重要组成部分。

 

 

2013年，López和同事报道，呼吸道病毒感染小鼠模型中，DVGs在刺激免疫应答中起关键作用，大大减少DVGs后小鼠感染加重。2015年他们又报道，DVGs对人类病毒RSV刺激免疫反应也很重要，首次发现携带DVGs的人类感染者呼吸道样本的抗病毒免疫反应相关指标增强。

 

在这篇最新文章中，López课题组运用复杂技术，在单细胞水平对DVGs和病毒全长基因组加以区分。用仙台病毒（Sendaivirus）或RSV感染培养细胞，用红色标记病毒全长基因组，绿色标记部分DVGs。研究人员发现，一些细胞几乎不含任何DVGs，另一些反而高度富集DVGs，只有少部分细胞携带全长基因组。

 

“我们使用了好几种不同细胞系，甚至采用了感染小鼠的肺部原代细胞，”López说。“未经测序之前，我们并没有意识到DVGs竟然存在这么多异质性。”

 

 

研究人员首先构建了仙台病毒的两个版本，缺少DVGs和富含DVGs，然后用它们分别感染细胞。被高含量DVGs病毒感染的细胞的生存时间是缺乏DVGs的2倍。向细胞中加入纯化DVGs同样也能促进细胞生存时间，显示了DVGs在促进细胞存活中的直接作用。对RSV的平行实验也显示了相同的结果，证明DVGs的促生存作用跨不同病毒种类依然存在。

 

 

通过分析携带全长病毒基因组细胞和DVG富集细胞内的高表达基因，研究人员发现DVG富集细胞中许多生存基因被激活了。最值得注意的是TNF通路的信号蛋白，它们能促进免疫和细胞生存，另外还有IFN，在抗病毒免疫中起重要作用。

 

最后一组实验，López和同事发现通过MAVS和TNF受体2（TNFR2）两种蛋白能保护细胞避免因TNFα诱导的凋亡。

 

“我们揭示了TNF在感染中的双重身份，”López说。“如果TNF与一个缺乏MAVS通路但被感染的细胞结合，细胞就会死亡，如果细胞有这条信号通路，在与TNF结合后就不会死亡，反而受到保护。MAVS参与抗病毒反应，只有DVGs富集细胞会激活这条信号通路。如此看来，我们的细胞在执行抗病毒反应任务时，会变得格外坚强。这也解释了此前有关DVGs功能描述的矛盾。从病毒方面来看，它们表面上利用了宿主的这项特性让细胞维持生存，但是它们并不知道这是宿主细胞为了彻底消灭病毒的策略。”

 

虽然这只是一项体外研究，但阐明了DVGs让“急性”病毒在体内保持留存的机理。López希望在体内验证她的这些发现，也许有助于解释为什么TNF靶向治疗效果有时会偏离预期。

 

“我们想找到管理这条途径的方法，最小化和避免病毒在体内的持续存在，这对一些呼吸道病毒相关的慢性疾病治疗来说非常重要，”López说。

 

 

Replicationdefectiveviralgenomesexploitacellularpro-survivalmechanismtoestablishparamyxoviruspersistence.

 

Abstract

 

Replicationdefectiveviralgenomes(DVGs)generatedduringvirusreplicationaretheprimarytriggersofantiviralimmunityinmanyRNAvirusinfections.However,DVGscanalsofacilitateviralpersistence.WhyandhowthesetwoopposingfunctionsofDVGsareachievedremainunknown.HerewereportthatduringSendaiandrespiratorysyncytialvirusinfectionsDVGsselectivelyprotectasubpopulationofcellsfromdeath,therebypromotingtheestablishmentofpersistentinfections.WefindthatduringSendaivirusinfectionthisphenotyperesultsfromDVGsstimulatingamitochondrialantiviral-signaling(MAVS)-mediatedTNFresponsethatdrivesapoptosisofhighlyinfectedcellswhileextendingthesurvivalofcellsenrichedinDVGs.Thepro-survivaleffectofTNFdependsontheactivityoftheTNFR2/TRAF1pathwaythatisregulatedbyMAVSsignaling.TheseresultsidentifyTNFasapivotalfactorindeterminingcellfateduringaviralinfectionanddelineateaMAVS/TNFR2-mediatedmechanismthatdrivesthepersistenceofotherwiseacuteviruses.Replicationdefectiveviralgenomes(DVGs)canfacilitatepersistenceofparamyxoviruses,buttheunderlyingmechanismsareunclear.UsingFISH,Xuetal.hereanalyzethecellularresponsetoDVGsonasinglecelllevelandshowthataMAVS-mediatedTNFresponsespecificallyextendssurvivalofcellsenrichedinDVGs.