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，嚴重制約我國水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展。而對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)應用的疫苗。培育抗病毒魚類新品種或?qū)⒊蔀榇_保我國水產(chǎn)養(yǎng)殖持續(xù)健康發(fā)展的最有效手段之一。

近日，中國科學院水生生物研究所研究員肖武漢團隊的最新研究成果發(fā)表于《分子細胞》，闡明了精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶7(PRMT7)精準調(diào)控線粒體抗病毒蛋白(MAVS)所介導的抗病毒先天免疫反應的分子機制。

“該研究有助于進一步了解機體如何確保抗病毒先天免疫反應得以精準調(diào)控的機制，也可能為培育抗病魚類新品種提供了獲選分子靶標。”肖武漢在接受《中國科學報》采訪時表示。

尋找分子靶標“金鑰匙”

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

人類作為高等動物，具有較發(fā)達的獲得性免疫系統(tǒng)，而魚類作為較原始的有頜類動物類群，其獲得性免疫系統(tǒng)才剛剛得到演化發(fā)展。因此，魚類對病毒感染的獲得性免疫反應一般不太顯著，免疫記憶也相對較弱。

“對于防治大多數(shù)魚類病毒性疾病，采用疫苗的方法，效果一般不太顯著，而且疫苗的接種費時、費力。”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，特別是對于魚類病毒病，一方面缺少相應的有效治療藥物，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，以天然免疫反應負調(diào)控因子作為分子靶標，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)殖的一個重要研究方向。

論文的第一作者、中國科學院水生生物研究所博士生朱俊佶表示，機體對于先天免疫反應的精準調(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別受體感知病原微生物的入侵，并及時激活相應的免疫反應;另一方面，先天免疫系統(tǒng)的過度激活也會導致自身炎癥反應和自身免疫病的發(fā)生，從而對宿主造成嚴重的傷害。” 朱俊佶解釋道。

然而，迄今為止，機體如何確保先天免疫系統(tǒng)的精準調(diào)控以及相應的分子機制仍不清楚。

“相對于轉(zhuǎn)基因，人們對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)獲準上市。而對魚類進行基因編輯后，在不影響發(fā)育、生長和繁殖等其它性狀的前提下，還獲得抗病性，對于培育抗病魚類新品種至關(guān)重要。但難點就在于找到合適的分子靶標。” 肖武漢說。

免疫“衛(wèi)士”如何“戰(zhàn)斗”

在實驗中，研究人員發(fā)現(xiàn)，MAVS在細胞以及小鼠組織當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，而該修飾會顯著抑制MAVS與視黃酸誘導基因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發(fā)生顯著下調(diào)。

通過進一步篩選，研究人員發(fā)現(xiàn)PRMT7介導了MAVS的R52位點的單甲基化修飾，從而負調(diào)控MAVS介導的抗病毒先天免疫反應。

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胞進程，包括轉(zhuǎn)錄和染色質(zhì)調(diào)控、細胞信號轉(zhuǎn)導、DNA損傷反應、RNA表達和細胞代謝等。

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，起到了抗病毒信號的承接與傳遞的作用，在抗病毒先天免疫反應中至關(guān)重要。”朱俊佶說。

隨后，研究人員又利用一系列分子生物學手段揭示了PRMT7被嚴格控制以實現(xiàn)對MAVS介導的抗病毒先天免疫反應的精準調(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PRMT7的蛋白酶體途徑的降解，從而解除PRMT7對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小鼠抵抗病毒感染。

有“圖”有“真相”

實際上，為面向國家重大需求，肖武漢團隊從2017年就開始篩選魚類抗病毒相關(guān)分子靶標的工作，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成員，包括PRMT7，對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，而且發(fā)育、生長和繁殖均正常，“PRMT7可能是一個可用于培育抗病魚類新品種的優(yōu)異分子靶標。”肖武漢說。

為進一步闡明PRMT7在抗病毒先天免疫反應中的作用，他們又耗時一年多進一步探索其相應的分子機制。

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

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

就在研究陷入困境時，研究團隊決定向在該領(lǐng)域有豐富經(jīng)驗的其他實驗室求助。“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，了解機體如何確保抗病毒先天免疫反應得以精準調(diào)控的機制，一方面可以為治療先天免疫系統(tǒng)缺陷引起的疾病，和先天免疫反應過度激活導致的自身炎癥反應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。

“下一步，我們將進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)功能及其分子機制。特別是，利用已發(fā)現(xiàn)的一些重要分子靶標，為培育抗病毒魚類新品種服務。”肖武漢說。(記者 田瑞穎)