IFIT2-IFIT3抗病毒复合物通过靶向病毒mRNA短5'非翻译区抑制翻译的新机制

《Nature Microbiology》：The IFIT2–IFIT3 antiviral complex targets short 5’ untranslated regions on viral mRNAs for translation inhibition

本研究揭示了干扰素诱导蛋白IFIT2与IFIT3形成异源二聚体，通过识别病毒mRNA短5'非翻译区（<50 nt）这一分子模式，选择性抑制病毒翻译的新机制。研究人员利用冷冻电镜解析复合物结构，发现其通过域交换方式识别病毒mRNA 5'末端，对水疱性口炎病毒、副流感病毒3等具有广谱抗病毒活性。该工作首次阐明5'UTR长度可作为天然免疫识别病毒的关键标志，为理解宿主-病毒博弈提供了新视角。

　　

在病毒与宿主永无休止的进化军备竞赛中，宿主细胞发展出了精密的机制来区分"自我"与"非我"的核酸分子。干扰素（IFN）作为抗病毒防御的第一道防线，诱导表达数百种干扰素刺激基因（ISGs），其中IFIT（干扰素诱导的含四肽重复序列蛋白）家族成员因其在病毒感染中的高度上调而备受关注。然而，科学界对IFIT2和IFIT3的确切抗病毒机制一直知之甚少。

传统认知中，IFIT1通过识别病毒mRNA 5'帽结构的非自我甲基化模式来抑制翻译，但IFIT2和IFIT3的抗病毒作用机制却笼罩在迷雾中。早期研究甚至出现了相互矛盾的结论：有些显示它们具有抗病毒效果，有些却表明IFIT2可能促进流感病毒复制并激活凋亡，而IFIT3则可能拮抗IFIT2诱导的凋亡。这种复杂性使得阐明IFIT2和IFIT3的直接抗病毒机制成为领域内的重要挑战。

病毒为了在有限的基因组容量内最大化编码潜力，往往演化出较短的5'非翻译区（5' UTR）。例如，水疱性口炎病毒（VSV）的5' UTR长度仅为10-41核苷酸（nt），而人类mRNA的5' UTR中位长度达218 nt。这种显著的差异是否可能成为宿主免疫系统识别病毒的"分子模式"？这正是本研究团队试图解答的核心问题。

为了揭示这一机制，研究人员首先通过siRNA敲低实验证明，在人类A549细胞中，IFIT2和IFIT3都是干扰素α介导的抗VSV活性所必需的。为了排除IFIT1的干扰，他们巧妙地利用小鼠IFIT3不与人类IFIT1相互作用的特性，构建了诱导表达小鼠IFIT2和IFIT3的HEK293细胞系。实验结果显示，只有IFIT2和IFIT3共同表达时，才能产生超过100倍的病毒滴度下降，且这一效果不依赖于IFIT1。

研究团队进一步通过冷冻电镜（cryo-EM）解析了小鼠IFIT2-IFIT3异源二聚体的3.2埃分辨率结构，揭示了其独特的域交换组装模式。与单体IFIT1不同，IFIT2和IFIT3通过SDII亚结构域（α螺旋7-9）发生域交换，形成稳定的平行取向异源二聚体，埋藏表面积超过4000 ?²。这种结构重排改变了RNA结合特性，为理解其特异性识别机制提供了结构基础。

进化分析显示，IFIT2和IFIT3的SDII区域受到强烈的纯化选择（保守），而SDI和SDIII则呈现显著的正选择信号，这是宿主-病毒军备竞赛的典型特征，提示这些蛋白在抗病毒防御中持续受到进化压力。

增强紫外交联免疫沉淀（eCLIP）实验表明，IFIT2-IFIT3复合物特异性地结合在VSV mRNA起始密码子附近的5'末端区域，且这种结合需要两个蛋白的共同表达。当研究人员将病毒基因克隆到表达载体中时，意外发现其并不受IFIT2-IFIT3的抑制。通过5'RACE分析，他们发现载体引入了105 nt的外源序列，使得5'UTR总长度远超病毒天然状态。

这一发现引导团队提出了关键假设：5'UTR长度可能是IFIT2-IFIT3识别的决定性因素。当他们将5'UTR缩短至接近病毒天然状态时，VSV的N、P、G、L蛋白表达均受到IFIT2-IFIT3的强烈抑制。通过建立荧光报告系统，研究人员精确确定了50 nt为临界值——当5'UTR总长度小于50 nt时，IFIT2-IFIT3介导的翻译抑制效果最为显著。

为了验证这一机制的普适性，研究团队测试了多种病毒：狂犬病毒（RABV，12-30 nt 5'UTR）、副流感病毒3（PIV3，22-32 nt 5'UTR）和仙台病毒（SeV）的短5'UTR均对IFIT2-IFIT3敏感，而具有长5'UTR（742 nt）的柯萨奇病毒B3（CVB3）则不受影响。这些结果完美印证了5'UTR长度作为病毒识别模式的假说。

有趣的是，研究还发现IFIT2-IFIT3也能结合宿主mRNA中那些罕见的短5'UTR（<50 nt），并抑制其翻译，提示这种识别机制可能并非绝对病毒特异性，而是在某些情况下参与宿主基因调控。

本研究主要采用了以下关键技术方法：利用基因敲除/敲低技术验证基因功能；通过冷冻电镜解析蛋白质三维结构；运用增强紫外交联免疫沉淀（eCLIP）分析RNA-蛋白质相互作用；建立荧光报告系统定量评估翻译抑制效率；结合进化生物学分析揭示宿主-病毒共进化特征。实验使用了基因编辑小鼠（Ifit2^-/-和ΔIfit3a/b）来源的胚胎成纤维细胞（MEFs）以及多种人源细胞系（A549、HEK293等）。

IFIT2和IFIT3结合在体外发挥强大的抗病毒作用

通过siRNA敲低实验证明IFIT2和IFIT3都是I型干扰素抗VSV活性所必需的。利用小鼠IFIT不与人类IFIT1相互作用的特点，构建诱导表达系统，发现只有IFIT2和IFIT3共同表达才能有效抑制VSV复制，降低病毒蛋白表达水平。

小鼠IFIT2-IFIT3异源二聚体结构揭示抗病毒复合物组装基础

冷冻电镜结构显示IFIT2-IFIT3通过SDII域交换形成稳定异源二聚体，这种结构改变创建了不同于IFIT1的RNA结合界面。进化分析显示SDII高度保守，而SDI和SDIII呈现正选择特征，反映宿主-病毒军备竞赛。

IFIT2-IFIT3抗病毒复合物结合VSV mRNA起始密码子附近区域

eCLIP实验表明IFIT2-IFIT3异源二聚体选择性结合VSV mRNA的5'UTR和起始密码子区域，且这种结合需要两个蛋白共同表达，在干扰素诱导的天然免疫应答中同样存在。

IFIT2-IFIT3复合物抑制具有短病毒5'UTR的mRNA翻译

研究发现5'UTR长度是决定IFIT2-IFIT3敏感性的关键因素，临界值为50 nt。只有总长度小于50 nt的5'UTR才能被有效抑制，这一特性与病毒序列无关，而是长度本身作为分子模式。

IFIT2-IFIT3具有由5'UTR长度驱动的广谱抗病毒活性

多种病毒（RABV、PIV3、SeV）的短5'UTR均对IFIT2-IFIT3敏感，而长5'UTR病毒（CVB3）则不受影响。IFIT2和IFIT3共同表达可抑制PIV3和SeV复制，但不影响CVB3。

本研究揭示了宿主天然免疫系统识别病毒mRNA的一种全新机制——通过IFIT2-IFIT3异源二聚体检测短5'UTR（<50 nt）这一分子模式，从而选择性抑制病毒翻译。这种识别策略巧妙地利用了病毒基因组大小的固有限制：RNA病毒平均基因组长度约9 kb，有限的遗传空间迫使许多病毒（尤其是小型非节段负链RNA病毒）演化出短5'UTR以最大化编码容量。尽管病毒具有高突变率，但5'UTR长度可能因基因组大小限制而相对保守，使IFIT2-IFIT3能够将这一特征作为RNA病毒感染的标志。

该发现不仅解释了IFIT2和IFIT3对多种病毒（VSV、PIV3、RABV等）的广谱抑制活性，也揭示了病毒可能的逃逸机制——通过演化长5'UTR模拟宿主mRNA特征。与IFIT1识别RNA甲基化模式的机制相结合，IFIT家族可能对病毒5'末端的进化产生了深远影响。

从机制角度看，短5'UTR mRNA可能依赖特殊的翻译起始通路，而IFIT2-IFIT3可能特异性抑制这一通路。这与核糖体"盲区"模型（40-50 nt）相吻合，为理解翻译调控提供了新视角。此外，IFIT2-IFIT3对宿主短5'UTR mRNA的调控作用提示其可能具有更广泛的生理功能，值得进一步探索。

这项发表于《Nature Microbiology》的研究工作不仅阐明了IFIT2和IFIT3的直接抗病毒机制，更揭示了核酸免疫识别的新范式，为理解宿主-病毒相互作用提供了重要理论基础，也为抗病毒策略开发提供了新思路。