ID1通过拮抗PRMT5介导的STING甲基化增强抗病毒免疫

《Cell Reports》：ID1 boosts antiviral immunity by countering PRMT5-mediated STING methylation

本刊推荐：为解决STING（干扰素基因刺激因子）激活的甲基化调控机制不清问题，研究人员开展了关于ID1（DNA结合抑制因子1）调控天然免疫的研究。结果发现PRMT5（蛋白精氨酸甲基转移酶5）通过催化STING第281位精氨酸（Arg281）对称二甲基化（SDMA）抑制其活性，而病毒感染上调的ID1能竞争性结合PRMT5，解除其对STING的抑制作用。PRMT5特异性抑制剂EPZ015666在体内外均显著增强抗病毒免疫反应，为抗病毒治疗提供了新策略。

　　

当病毒入侵机体，免疫系统如何迅速启动防御机制？cGAS（环鸟苷酸-腺苷酸合成酶）-STING（干扰素基因刺激因子）信号通路在其中扮演着关键角色。STING作为细胞内重要的信号适配蛋白，能感知病毒DNA的存在，进而激活I型干扰素（IFN-I）和炎症因子的产生。然而，STING的活性受到精密调控，其过度激活可能导致自身免疫疾病，而激活不足则使机体易受感染。尽管磷酸化、泛素化等STING的翻译后修饰研究较为深入，但精氨酸甲基化这一重要修饰如何调控STING功能仍鲜为人知。

在这项发表于《Cell Reports》的研究中，李曼曼等人发现了一个新的STING调控机制。他们证实ID1（DNA结合抑制因子1）能够通过拮抗PRMT5（蛋白精氨酸甲基转移酶5）介导的STING甲基化，从而增强抗病毒免疫反应。这一发现不仅揭示了天然免疫调控的新层面，还为抗病毒治疗提供了新的潜在靶点。

研究团队运用了多种关键技术方法：通过基因敲除（Id1^-/-）和过表达技术验证ID1功能；利用液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）筛选STING互作蛋白及甲基化位点；采用免疫共沉淀（Co-IP）和GST pull-down分析蛋白相互作用；通过天然PAGE检测STING多聚化；使用免疫荧光显微镜观察STING和IRF3（干扰素调节因子3）的亚细胞定位；并利用PRMT5特异性抑制剂EPZ015666进行体内外功能验证。实验样本包括人源细胞系（HEK293T、Thp1）、小鼠原代细胞（腹腔巨噬细胞PMs、胚胎成纤维细胞MEFs）以及C57BL/6小鼠模型。

ID1促进体外抗病毒免疫反应

研究人员发现HSV-1（单纯疱疹病毒1型）、HIV-1（人类免疫缺陷病毒1型）和VSV（水泡性口炎病毒）感染均能上调ID1蛋白表达。与野生型（WT）相比，Id1^-/-小鼠来源的腹腔巨噬细胞在病毒或DNA类似物（HT-DNA、cGAMP、ISD）刺激下，Ifnb（干扰素β）、Isg15、Cxcl10、Il6（白介素6）和Tnf（肿瘤坏死因子）的mRNA表达显著降低，而病毒载量升高。ID1过表达则呈现相反效果，并增强STING、TBK1（TANK结合激酶1）、IRF3和p65（NF-κB亚基）的磷酸化。这些结果表明ID1通过IFN-β和NF-κB信号通路正调控抗病毒免疫。

ID1缺陷抑制体内抗病毒免疫反应

在体内实验中，Id1^-/-小鼠感染HSV-1后，脾脏、肝脏和肺组织中抗病毒细胞因子表达降低，病毒载量升高，组织炎症浸润和损伤更严重，生存率显著下降。这证实ID1在整体水平上对抗病毒免疫至关重要。

ID1与STING相互作用

通过双荧光素酶报告基因筛选，研究人员发现ID1能增强由cGAS和STING激活的IFNB和ISRE（干扰素刺激反应元件）启动子活性。免疫共沉淀实验证实ID1与STING存在特异性结合，且这种结合在病毒感染早期增强。免疫荧光显示ID1与STING在细胞质中共定位，尤其是在HSV-1刺激后。结构域分析表明，ID1的HLH（螺旋-环-螺旋）结构域与STING的CTT（C端尾部）区域介导了二者的相互作用。

ID1促进STING激活

机制上，ID1过表达或缺失分别促进或抑制了STING的多聚化、向高尔基体的转运以及其与TBK1、IRF3的后续结合。ID1还增强了IRF3的二聚化和核转位，但对cGAMP的产量没有影响，表明其作用靶点位于cGAS下游、STING层面。

ID1抑制STING在Arg281位点的SDMA修饰

质谱分析发现PRMT5与STING和ID1均存在相互作用。PRMT5可与STING直接结合，并以剂量依赖的方式催化STING的对称二甲基化（SDMA）。ID1过表达或Id1敲除则分别抑制或促进STING的SDMA修饰。体外甲基化实验进一步证实PRMT5可直接甲基化STING，而ID1能抑制这一过程。通过质谱和点突变验证，研究人员将PRMT5催化STING甲基化的关键位点锁定在高度保守的Arg281。将STING的Arg281突变为丙氨酸（R281A）或赖氨酸（R281K）后，其介导的IFN-β和NF-κB信号通路激活显著增强，且不再受PRMT5或ID1的调控。这表明Arg281的甲基化是抑制STING活性的关键分子开关。

ID1在Arg75位点的甲基化促进抗病毒免疫反应

有趣的是，病毒感染本身也能通过翻译后水平调控ID1。研究发现，HSV-1感染诱导了ID1蛋白Arg75位点的甲基化，这种修饰延长了ID1蛋白的半衰期，增强了其稳定性以及与STING的结合能力。ID1（R75K）突变体则丧失了促进STING信号通路的能力。这形成了一个正反馈循环：病毒感染→ID1（R75）甲基化→ID1蛋白稳定→ID1拮抗PRMT5→STING去甲基化（Arg281）→STING激活→抗病毒免疫增强。

EPZ015666激活抗病毒免疫反应

基于上述机制，研究人员评估了PRMT5抑制剂EPZ015666的治疗潜力。在体外，EPZ015666处理能显著增强WT小鼠腹腔巨噬细胞在cGAMP、HSV-1或HIV-1刺激下的抗病毒细胞因子产生，但对STING^-/-细胞无效。在体内，EPZ015666预处理能保护WT小鼠抵御致死剂量的HSV-1攻击，表现为病毒载量下降、IFN-β水平升高和组织损伤减轻，而这些保护效应在STING^-/-小鼠中消失。这证明抑制PRMT5确实通过靶向STING通路发挥抗病毒作用。

本研究揭示了一个精细调控STING活性的新机制：PRMT5通过对STING进行Arg281位点的SDMA修饰，负向调控抗病毒天然免疫；而病毒感染诱导的ID1则通过竞争性结合PRMT5，解除其对STING的抑制，从而正反馈放大免疫信号。这一发现不仅深化了对天然免疫信号调控网络的理解，更重要的是，将临床肿瘤治疗中已进入试验阶段的PRMT5抑制剂（如EPZ015666）的应用拓展至抗病毒领域，为应对病毒性传染病提供了新的治疗思路和候选药物。