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为解决蚊媒传播虫媒病毒（arbovirus）威胁人类健康的问题，研究人员开展伊蚊抗病毒免疫机制研究。发现热休克因子 1（Hsf1）调控 8 个小热休克蛋白（sHsp）基因，Hsf1-sHsp 级联反应具泛抗病毒活性，为防控 arbovirus 传播提供新靶点。
在炎炎夏日，蚊子总是让人不胜其扰，而它们带来的危害可远不止叮咬那么简单。伊蚊（Aedes mosquitoes）作为虫媒病毒（arthropod-borne viruses，arbovirus）的主要传播媒介，正严重威胁着全球近一半人口的健康。像登革热病毒（Dengue virus，DENV），每年都会导致约 4 亿人感染，2 万人死亡；基孔肯雅病毒（chikungunya virus，CHIKV）在欧洲和美洲的爆发也引发了广泛关注。随着 arbovirus 的不断卷土重来，其传播范围越来越广，开发新的策略来预防和控制它们的传播迫在眉睫。
目前，我们对昆虫免疫系统的了解大多来自对果蝇（Drosophila melanogaster）的研究。在果蝇中，RNA 干扰（RNA interference，RNAi）途径是主要的抗病毒反应，它能降解病毒 RNA 并抑制其复制。然而，果蝇并不能完全模拟蚊子通过吸血获取和传播病毒的过程。在伊蚊中，虽然 RNAi 也被确定为一种主要的抗病毒反应，但经典先天免疫途径的作用还不太明确，且似乎依赖于不同的病毒。比如，寨卡病毒（Zika virus，ZIKV）感染会激活 Toll 途径，而 DENV 感染则会激活 Toll 和 JAK-STAT 途径，这表明伊蚊体内可能还存在尚未被发现的抗病毒机制。
为了深入探究伊蚊的抗病毒免疫机制，来自荷兰拉德堡德大学医学中心（Radboud University Medical Center）的研究人员展开了一系列研究。他们发现了一个新的抗病毒级联反应 ——Hsf1-sHsp，并确定 Hsf1 可作为开发阻断 arbovirus 传播策略的潜在靶点。这一重要研究成果发表在《Communications Biology》杂志上。
研究人员采用了多种关键技术方法。首先是 RNA 测序（RNA-seq）技术，通过对感染 CHIKV 的伊蚊 Aag2 细胞进行时间序列的 RNA-seq 实验，分析不同时间点的差异表达基因（DEgenes）。同时结合染色质分析技术，如染色质可及性测序（ATAC-seq）和染色质免疫沉淀测序（ChIP-seq），研究基因表达的调控机制。此外，还运用了 RNA 干扰（RNAi）技术，沉默相关基因来观察对病毒复制的影响，以及使用小分子化合物调节 Hsf1 的活性，研究其对病毒感染的作用。
研究结果
- Hsf1-sHsp 级联反应是对 CHIKV 感染的早期反应：研究人员对感染 CHIKV 的伊蚊 Aag2 细胞进行 RNA-seq 实验，发现在感染后的 4 小时（hpi）、8 hpi 和 48 hpi 存在不同的转录变化。8 hpi 时出现的早期反应中，有 19 个基因上调，其中包括编码 HSP20 样伴侣蛋白的基因。进一步研究发现，8 个编码小热休克蛋白（sHsp）的基因位于基因组的一个拓扑相关结构域（TAD）内，且这些基因的启动子区域高度富集热休克因子 1（Hsf1）的 DNA 结合基序。通过 RNAi 沉默 Hsf1 后，CHIKV 感染诱导的 8 个 sHsp 基因的表达显著降低，这表明 Hsf1-sHsp 级联反应是对 CHIKV 感染的早期转录反应。
- Hsf1-sHsp 级联反应具有抗 CHIKV 活性：利用 RNAi 技术沉默 Hsf1 和 sHsp 基因后，发现 CHIKV 的 RNA 水平显著升高，而沉默 Hsp70 基因对 CHIKV 复制没有影响，这说明 Hsf1-sHsp 轴具有抗 CHIKV 感染的活性。研究人员还用小分子抑制剂 KRIBB11 和激活剂 hsfa1 调节 Hsf1 的活性。结果显示，KRIBB11 处理会抑制 sHsp 基因的表达，导致 CHIKV RNA 水平升高；hsfa1 处理则会激活 sHsp 基因，显著降低 CHIKV 的复制。此外，一种原本被认为是 Hsf1 抑制剂的化合物 DTHIB，在伊蚊细胞中却表现为激活 sHsp 基因表达并抑制 CHIKV 复制的作用，这进一步证实了 sHsps 的抗病毒作用。
- Hsf1-sHsp 级联反应影响病毒复制周期的早期进入后阶段：为了确定 Hsf1-sHsp 级联反应影响 CHIKV 生命周期的哪个阶段，研究人员进行了时间添加实验。他们发现，在接种病毒前到 4 hpi 添加 Hsf1 激活剂 hsfa1，能强烈抑制 CHIKV 的复制，但对病毒的附着或进入阶段没有影响。4 hpi 后，hsfa1 对 CHIKV 复制的抑制作用逐渐减弱。用抑制剂 KRIBB11 进行同样的实验，也得到了类似的结果。这表明 Hsf1-sHsp 级联反应可能主要影响 CHIKV RNA 复制的早期阶段。
- Hsf1-sHsp 级联反应具有泛抗病毒活性：研究人员还研究了 Hsf1-sHsp 级联反应对其他病毒复制的影响。在伊蚊 Aag2 细胞中，KRIBB11 处理会增加辛德毕斯病毒（Sindbis virus，SINV）和昆虫特异性阿瓜萨卢德甲病毒（Agua Salud alphavirus，ASALV）的复制，而 hsfa1 处理则能显著降低 SINV、ASALV 和登革热病毒（DENV）的复制。在其他蚊子细胞系中，如白纹伊蚊（Aedes albopictus）的 U4.4 细胞和 C6/36 细胞，以及冈比亚按蚊（Anopheles gambiae）的 Mos55 细胞中，也证实了 Hsf1-sHsp 级联反应的抗病毒特性。而且，在 RNAi 缺陷的 C6/36 细胞中，热休克反应仍然具有抗病毒作用，这表明 Hsf1-sHsp 级联反应的功能独立于 RNAi。
研究结论与讨论
综合 RNA-seq 和表观遗传分析数据，研究人员揭示了 CHIKV 感染后激活的早期反应 Hsf1-sHsp 级联反应，该级联反应在三种媒介蚊子的细胞系中对多种病毒具有广泛的体外抗病毒活性。虽然该途径在体内的抗病毒防御重要性还有待确定，但 Hsf1 作为开发阻断 arbovirus 传播策略的潜在靶点极具潜力。这一发现为开发预防 arbovirus 传播的广谱药物开辟了新的道路。
目前，虽然 RNAi 是蚊子中已确立的抗病毒机制，但诱导性信号通路的重要性也日益凸显。Hsf1-sHsp 级联反应的发现，丰富了我们对蚊子抗病毒免疫机制的认识。不过，Hsf1-sHsp 级联反应抗病毒活性的具体机制仍有待进一步探索。未来，利用蛋白质组学方法分析与 sHsp 相关的蛋白质，有望揭示其抗病毒的具体机制。同时，单 细胞 RNA 测序（scRNA-seq）等新兴技术也可能有助于深入了解 sHsp 在不同组织和细胞中的激活异质性。
总的来说，这项研究为蚊媒传播疾病的防控提供了新的思路和潜在靶点，具有重要的理论和实践意义，有望为未来开发更有效的抗病毒策略奠定基础。
