魚類病毒性疾病，是水產(chǎn)養(yǎng)殖最重要的威脅。其發(fā)病率高、死亡率高，嚴(yán)重制約我國(guó)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展。而對(duì)于魚類病毒性疾病的防治，既缺乏有效藥物，又缺乏可生產(chǎn)應(yīng)用的疫苗。培育抗病毒魚類新品種或?qū)⒊蔀榇_保我國(guó)水產(chǎn)養(yǎng)殖持續(xù)健康發(fā)展的最有效手段之一。

近日，中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所研究員肖武漢團(tuán)隊(duì)的最新研究成果發(fā)表于《分子細(xì)胞》，闡明了精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶7(PRMT7)精準(zhǔn)調(diào)控線粒體抗病毒蛋白(MAVS)所介導(dǎo)的抗病毒先天免疫反應(yīng)的分子機(jī)制。

“該研究有助于進(jìn)一步了解機(jī)體如何確?？?span id="xb5dfvb" class="keyword">病毒先天免疫反應(yīng)得以精準(zhǔn)調(diào)控的機(jī)制，也可能為培育抗病魚類新品種提供了獲選分子靶標(biāo)。”肖武漢在接受《中國(guó)科學(xué)報(bào)》采訪時(shí)表示。

尋找分子靶標(biāo)“金鑰匙”

先天免疫系統(tǒng)是機(jī)體抵御病原微生物入侵的第一道防線，在無脊椎動(dòng)物和脊椎動(dòng)物中均有十分重要的功能，與獲得性免疫系統(tǒng)共同組成了機(jī)體的有效防御系統(tǒng)。

人類作為高等動(dòng)物，具有較發(fā)達(dá)的獲得性免疫系統(tǒng)，而魚類作為較原始的有頜類動(dòng)物類群，其獲得性免疫系統(tǒng)才剛剛得到演化發(fā)展。因此，魚類對(duì)病毒感染的獲得性免疫反應(yīng)一般不太顯著，免疫記憶也相對(duì)較弱。

“對(duì)于防治大多數(shù)魚類病毒性疾病，采用疫苗的方法，效果一般不太顯著，而且疫苗的接種費(fèi)時(shí)、費(fèi)力。”肖武漢說。

使用抗病毒藥物是另一種常見的病毒病治療策略，但這種方法也存在諸多問題，特別是對(duì)于魚類病毒病，一方面缺少相應(yīng)的有效治療藥物，另一方面藥物的使用可能造成水體污染，帶來藥物殘留等新的問題。

研究人員發(fā)現(xiàn)，魚類病毒感染引起的爆發(fā)性死亡，一般發(fā)生在病毒感染后的1~2周內(nèi)，這正是天然免疫系統(tǒng)發(fā)揮主要作用的階段。因此，以天然免疫反應(yīng)負(fù)調(diào)控因子作為分子靶標(biāo)，利用基因編輯技術(shù)培育抗病毒魚類新品種可能是水產(chǎn)養(yǎng)殖的一個(gè)重要研究方向。

論文的第一作者、中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所博士生朱俊佶表示，機(jī)體對(duì)于先天免疫反應(yīng)的精準(zhǔn)調(diào)控具有十分重要的意義。

“一方面，先天免疫系統(tǒng)能夠通過一系列模式識(shí)別受體感知病原微生物的入侵，并及時(shí)激活相應(yīng)的免疫反應(yīng);另一方面，先天免疫系統(tǒng)的過度激活也會(huì)導(dǎo)致自身炎癥反應(yīng)和自身免疫病的發(fā)生，從而對(duì)宿主造成嚴(yán)重的傷害。” 朱俊佶解釋道。

然而，迄今為止，機(jī)體如何確保先天免疫系統(tǒng)的精準(zhǔn)調(diào)控以及相應(yīng)的分子機(jī)制仍不清楚。

“相對(duì)于轉(zhuǎn)基因，人們對(duì)通過基因編輯方式獲得的新品種接受度可能更高。在歐美一些國(guó)家，通過基因編輯獲得的一些農(nóng)產(chǎn)品新品種已經(jīng)獲準(zhǔn)上市。而對(duì)魚類進(jìn)行基因編輯后，在不影響發(fā)育、生長(zhǎng)和繁殖等其它性狀的前提下，還獲得抗病性，對(duì)于培育抗病魚類新品種至關(guān)重要。但難點(diǎn)就在于找到合適的分子靶標(biāo)。” 肖武漢說。

免疫“衛(wèi)士”如何“戰(zhàn)斗”

在實(shí)驗(yàn)中，研究人員發(fā)現(xiàn)，MAVS在細(xì)胞以及小鼠組織當(dāng)中均存在精氨酸單甲基化修飾，并且通過質(zhì)譜他們鑒定到MAVS的精氨酸52位殘基(R52)能夠發(fā)生該修飾，而該修飾會(huì)顯著抑制MAVS與視黃酸誘導(dǎo)基因I(RIG-I)的結(jié)合以及MAVS多聚化的產(chǎn)生，并且在RNA病毒刺激后該修飾水平會(huì)發(fā)生顯著下調(diào)。

通過進(jìn)一步篩選，研究人員發(fā)現(xiàn)PRMT7介導(dǎo)了MAVS的R52位點(diǎn)的單甲基化修飾，從而負(fù)調(diào)控MAVS介導(dǎo)的抗病毒先天免疫反應(yīng)。

PRMT7為何能發(fā)揮這么重要的作用呢?

朱俊佶告訴記者，根據(jù)催化類型的不同，精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶家族分為三大類，其中PRMT7是一種Ⅲ型精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶，可以催化底物形成穩(wěn)定的單甲基精氨酸并影響多種細(xì)胞進(jìn)程，包括轉(zhuǎn)錄和染色質(zhì)調(diào)控、細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、DNA損傷反應(yīng)、RNA表達(dá)和細(xì)胞代謝等。

而MAVS猶如能讓免疫系統(tǒng)發(fā)揮作用的“開關(guān)”。“MAVS作為重要的接頭蛋白，起到了抗病毒信號(hào)的承接與傳遞的作用，在抗病毒先天免疫反應(yīng)中至關(guān)重要。”朱俊佶說。

隨后，研究人員又利用一系列分子生物學(xué)手段揭示了PRMT7被嚴(yán)格控制以實(shí)現(xiàn)對(duì)MAVS介導(dǎo)的抗病毒先天免疫反應(yīng)的精準(zhǔn)調(diào)控。

他們發(fā)現(xiàn)，在不受病毒感染的條件下，PRMT7可以形成多聚體并催化MAVS的 R52位點(diǎn)的單甲基化修飾，減弱其與RIG-I的結(jié)合，從而抑制MAVS多聚體的產(chǎn)生以及后續(xù)的抗病毒通路的激活。

而在病毒感染后，PRMT7精氨酸殘基32位(R32)發(fā)生自身甲基化修飾，抑制PRMT7多聚化;并且E3泛素連接酶SMURF1被MAVS招募到PRMT7以誘導(dǎo)PRMT7的蛋白酶體途徑的降解，從而解除PRMT7對(duì)MAVS激活的抑制。

此外，研究人員還發(fā)現(xiàn)PRMT7的抑制劑SGC3027可以通過阻斷PRMT7的酶催化活性來保護(hù)小鼠抵抗病毒感染。

有“圖”有“真相”

實(shí)際上，為面向國(guó)家重大需求，肖武漢團(tuán)隊(duì)從2017年就開始篩選魚類抗病毒相關(guān)分子靶標(biāo)的工作，試圖為魚類抗病毒新品種的培育奠定基礎(chǔ)。

2020年，他們就發(fā)現(xiàn)精氨酸甲基酶家族的多個(gè)成員，包括PRMT7，對(duì)魚類抗病毒先天免疫具有重要的調(diào)控作用。

研究人員發(fā)現(xiàn)，在對(duì)模式魚類斑馬魚敲除PRMT7后，不僅其抗病毒感染的能力顯著增強(qiáng)，而且發(fā)育、生長(zhǎng)和繁殖均正常，“PRMT7可能是一個(gè)可用于培育抗病魚類新品種的優(yōu)異分子靶標(biāo)。”肖武漢說。

為進(jìn)一步闡明PRMT7在抗病毒先天免疫反應(yīng)中的作用，他們又耗時(shí)一年多進(jìn)一步探索其相應(yīng)的分子機(jī)制。

要想真正證明PRMT7參與了抗病毒先天免疫反應(yīng)，就必須滿足一個(gè)“金標(biāo)準(zhǔn)”，那就是證明它能影響MAVS的多聚化，而且必須用實(shí)際觀察到的MAVS多聚化改變的圖像來證明。

然而，研究團(tuán)隊(duì)此前沒有開展過這方面的工作，由于缺乏相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，雖然查閱了大量文獻(xiàn)，嘗試了多次，但都無法檢測(cè)到MAVS多聚化的發(fā)生和變化。

就在研究陷入困境時(shí)，研究團(tuán)隊(duì)決定向在該領(lǐng)域有豐富經(jīng)驗(yàn)的其他實(shí)驗(yàn)室求助。“經(jīng)過半年多的摸索和嘗試，我們終于總結(jié)出了一整套制膠以及電泳和檢測(cè)的方法，最終在文章中展現(xiàn)出漂亮的MAVS多聚化變化的圖片。”朱俊佶說。

在他看來，了解機(jī)體如何確保抗病毒先天免疫反應(yīng)得以精準(zhǔn)調(diào)控的機(jī)制，一方面可以為治療先天免疫系統(tǒng)缺陷引起的疾病，和先天免疫反應(yīng)過度激活導(dǎo)致的自身炎癥反應(yīng)及自身免疫病提供理論參考;另一方面，還可能為病毒感染的有效防治提供分子靶標(biāo)。

“下一步，我們將進(jìn)一步探討精氨酸甲基化以及去甲基化在抗病毒先天免疫中的相關(guān)功能及其分子機(jī)制。特別是，利用已發(fā)現(xiàn)的一些重要分子靶標(biāo)，為培育抗病毒魚類新品種服務(wù)。”肖武漢說。(記者 田瑞穎)