空间蛋白质组学揭示 CRTC 依赖的病毒信号通路促进白细胞介素 - 11 产生：为病毒感染研究开辟新方向

在病毒感染研究中，为全面识别信号因子，剑桥大学等机构研究人员运用蛋白质组 “亚细胞分析” 技术，研究病毒感染时蛋白质重定位。发现 CRTC2/3 在多种病毒感染时从细胞质转位到细胞核，激活 IL-11 等基因转录，这为理解病毒感染机制提供新视角。

　　在细胞与病毒的这场 “攻防战” 中，细胞如何精准识别病毒并启动免疫反应一直是科学家们热衷探索的谜题。细胞内的病毒传感器及其下游信号组件在这一过程中至关重要，它们就像细胞的 “防御先锋”，一旦被激活，许多组件会发生亚细胞重新定位，进而触发干扰素和抗病毒基因的表达。然而，目前对于这些信号通路的了解还不够全面，还有很多未知的信号组件等待被发现。为了填补这一知识空白，来自英国剑桥大学等多个机构的研究人员开展了一项极具意义的研究，相关成果发表在《Cell Reports》上。
研究人员运用蛋白质组 “亚细胞分析” 技术，对感染模型 RNA 病毒仙台病毒（Sendai virus）的细胞进行研究，在全球范围内量化亚细胞蛋白质的重新分布情况。之所以选择仙台病毒，是因为它能产生缺陷干扰 RNA，是一种特别有效的 RIG-I 激动剂。
在研究过程中，研究人员用到了多种关键技术方法。他们通过亚细胞分级分离技术，将细胞分为核、细胞器和细胞质等不同组分，以便研究蛋白质在不同亚细胞区域的分布变化；利用免疫荧光显微镜技术，直观观察蛋白质的亚细胞定位；借助 RNA 测序（RNA-seq）技术，分析基因表达的变化情况。
研究结果如下：

1. 亚细胞分析揭示 CRTC2 和 CRTC3 的核转位：亚细胞分析量化了 9176 种人类蛋白质和 8 种仙台病毒蛋白质。研究发现，cAMP 反应元件结合蛋白（CREB）调节的转录共激活因子 2 和 3（CRTC2/3）在仙台病毒感染人成纤维细胞时，出现显著的细胞质到细胞核的转位。同时，研究还观察到其他蛋白质的转位情况，如 IRF3 和 NF-κB 家族的一些蛋白，这些结果验证了研究方法的有效性。
2. CRTC2 和 CRTC3 在多种病毒感染及不同细胞类型中的早期核转位：通过免疫荧光显微镜证实，无论是异位表达还是内源性的 CRTC2 和 CRTC3，在感染仙台病毒后都会从细胞质转位到细胞核。进一步研究发现，这种转位现象并非仙台病毒感染成纤维细胞所特有，在感染其他 RNA 病毒（如呼吸道合胞病毒 RSV）、DNA 病毒（如单纯疱疹病毒 1 型 HSV1、人巨细胞病毒 HCMV 等）或受到类似刺激（如聚肌胞苷酸 poly (I:C)、小牛胸腺 DNA 等）时，CRTC2/3 同样会发生核转位。而且，在不同细胞类型（如 A549 细胞、人脐静脉内皮细胞 HUVECs 等）中也观察到了这一现象。此外，研究人员还对 CRTC2/3 转位的动力学进行了研究，发现 CRTC3 在感染后 2 - 4 小时开始在细胞核积累，而 CRTC2 在 4 - 6 小时才开始转位。
3. CRTC2 和 CRTC3 对病毒感染相关基因转录的调控作用：RNA 测序分析表明，在缺乏 CRTC2/3 的细胞中，感染仙台病毒后，白细胞介素 11（IL-11）和神经生长因子 IB 样受体 NR4A2 的基因表达显著下调。通过 RT-qPCR 和 ELISA 实验进一步验证了 IL-11 和 NR4A2 的表达依赖于 CRTC2 和 CRTC3。研究还发现，CRTC2 和 CRTC3 在功能上并非冗余，它们共同作用于病毒感染时特定基因的转录调控，且其功能依赖于与 CREB 结合的 N 端结构域。
4. CRTC2 和 CRTC3 核转位的信号通路：研究人员发现，CRTC2 和 CRTC3 的核转位依赖于线粒体抗病毒信号蛋白（MAVS）、环氧化酶 2（COX2）和蛋白激酶 A（PKA）。免疫印迹实验表明，仙台病毒感染会激活 PKA，使其底物磷酸化水平增加，而 PKA 抑制剂 H89 可抑制这一过程。COX2 在仙台病毒感染时被诱导表达，非甾体抗炎药双氯芬酸抑制 COX2 活性后，不仅降低了 PKA 活性，还显著减少了 CRTC2 和 CRTC3 的核转位以及 IL-11 和 NR4A2 的转录。此外，研究证实前列腺素 E2（PGE2）在仙台病毒感染后分泌增加，PGE2 可激活 PKA，诱导 CRTC2 和 CRTC3 转位以及 IL-11 和 NR4A2 的转录。同时，MAVS 的缺失会导致 COX2 蛋白表达无法诱导，进而影响 CRTC2/3 的核输入。
5. IL-11 在重症 COVID-19 患者中的表达：已知一些病毒感染（如 SARS-CoV-2、流感病毒、HCMV 等）会诱导肺纤维化，而 IL-11 在许多纤维化疾病中表达增加。研究人员分析了重症 COVID-19 患者外周血单个核细胞（PBMC）的转录谱，发现 IL-11 转录本在重症 COVID-19 患者的 PBMC 中显著高于非 SARS-CoV-2 感染的重症监护对照组，在轻症 COVID-19 患者的 PBMC 中也有升高趋势。
   研究结论和讨论部分指出，该研究首次鉴定出 CRTC2 和 CRTC3 是病毒感染反应的重要组成部分，明确了其核输入所需的组件，并确定了病毒感染时依赖 CRTC 的上调基因子集。研究还揭示了前列腺素在 CRTC2 和 CRTC3 核转位中的作用，这为评估常用非甾体抗炎药对循环 IL-11 水平的影响提供了新的研究方向。不过，该研究也存在一定局限性，目前的研究主要在体外进行，未来还需要体内研究来进一步证实 CRTCs 和 IL-11 在病毒病理学中的作用。同时，虽然研究聚焦于 cAMP 介导的 CRTC2 和 CRTC3 激活，但其他可能刺激 CRTC 运动的信号通路在病毒感染中的作用仍有待研究。总体而言，这项研究为理解病毒感染机制和开发潜在治疗策略提供了重要的理论依据，有助于推动病毒感染相关疾病治疗方法的发展，在生命科学和医学领域具有重要的意义。