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新城疫(ND)由新城疫病毒(NDV)引发,危害严重。为防控该病,研究人员探究鸡干扰素诱导跨膜蛋白(chIFITMs)抗 NDV 作用及机制。发现 chIFITMs 可抑制 NDV 感染,影响病毒入侵和 W 蛋白表达,为相关研究提供新方向。
在禽类养殖领域,新城疫(Newcastle Disease, ND)如同高悬的达摩克利斯之剑,其病原体新城疫病毒(Newcastle Disease Virus, NDV)引发的高致死率和高发病率,给全球养禽业造成了巨大经济损失。尽管科研人员在 NDV 疫苗研发和病毒进化研究上已取得一定成果,但对于病毒与宿主相互作用,尤其是宿主先天免疫系统如何抵御 NDV 的机制,仍存在诸多认知空白。干扰素诱导跨膜蛋白(Interferon-Induced Transmembrane Proteins, IFITMs)作为先天免疫系统的重要组成部分,在抵御多种包膜病毒(如流感病毒、埃博拉病毒)中展现出强大能力,然而其在抗 NDV 中的作用却鲜见报道。在此背景下,吉林大学和中国农业科学院哈尔滨兽医研究所的研究人员开展了鸡 IFITMs(chicken IFITMs, chIFITMs)抗 NDV 机制的研究,相关成果发表在《Veterinary Research》,为 ND 的防控提供了新的理论依据。
研究人员主要采用了以下关键技术方法:通过基因克隆技术构建 chIFITMs 和 NDV W 蛋白的真核表达质粒;利用实时荧光定量 PCR(qRT-PCR)检测基因表达水平;运用流式细胞术(FCM)和激光共聚焦显微镜观察病毒感染情况;借助共免疫沉淀(Co-IP)技术验证蛋白间相互作用;采用细胞活力检测(CCK8 法)评估细胞存活状态。
基因组结构与遗传分析
通过对 chIFITMs 的基因组分析发现,其家族成员(IFITM1、IFITM2、IFITM3、IFITM5)定位于鸡 5 号染色体,与人类、小鼠、猪等物种的 IFITMs 具有相似基因座,但在系统进化树上形成独立分支,提示 chIFITMs 可能具有独特的抗病毒机制。序列比对显示,chIFITMs 含有 Y20、C71/72 等保守位点及 GxxxG、YxxΦ 等基序,这些结构特征为其功能发挥奠定了基础。
瞬时过表达 chIFITMs 的抗病毒作用
在 DF-1 细胞中瞬时过表达 chIFITM1、chIFITM2、chIFITM3,结果显示其能有效抑制 NDV Lasota 株和 Na 株感染,抑制率最高分别达 89% 和 99%,且对水疱性口炎病毒(VSV)、H9N2 亚型禽流感病毒(IAV)也有显著抑制作用。CCK8 实验表明,chIFITMs 过表达不影响细胞活性,证实其抗病毒作用并非通过细胞毒性实现。
chIFITMs 与干扰素通路的关系
利用鸡干扰素 λ3(chIFNL3)处理细胞,发现其可显著抑制 NDV 感染。而敲低内源性 chIFITMs 后,病毒复制增强(超过 1.27 倍),且 chIFNL3 的抗病毒效应减弱,其中 siIFITM3 处理组效果最为明显。这表明 chIFITMs 是干扰素通路中抗 NDV 的关键因子,在干扰素介导的抗病毒反应中发挥重要作用。
稳定表达 chIFITMs 细胞系的抗病毒效果
通过 Tet-on 系统建立稳定表达 chIFITMs 的 DF-1 细胞系,经多西环素(Dox)诱导后,chIFITMs 表达水平显著升高。该细胞系对不同 MOI 的 NDV Na 株、Lasota 株及 H9N2 病毒均表现出高效且持续的抑制作用,抑制率均超过 85%,进一步验证了 chIFITMs 的广谱抗病毒特性。
chIFITMs 对病毒入侵的影响
病毒吸附和入侵实验表明,chIFITMs 不影响 NDV 与细胞的吸附过程,但能显著减少病毒进入细胞的数量。激光共聚焦显微镜观察显示,过表达 chIFITMs 的细胞中 DiD 标记的 NDV 荧光强度降低,证实 chIFITMs 通过阻滞病毒入侵阶段抑制感染。
chIFITMs 与 NDV W 蛋白的相互作用
研究发现,chIFITMs 过表达可降低 NDV W 蛋白的表达水平。通过构建 W 蛋白真核质粒并与 chIFITMs 共转染,证实 chIFITMs 可直接抑制 W 蛋白表达,且该过程与自噬降解途径相关(3-MA 处理可逆转 chIFITM1/2 对 W 蛋白的抑制)。共免疫沉淀实验明确显示 chIFITMs 与 W 蛋白存在直接相互作用,且 W 蛋白的核输出信号(NES)结构域是两者结合的关键区域。
研究结论与意义
本研究首次全面揭示了 chIFITMs 抗 NDV 的作用机制:chIFITMs 通过阻滞病毒入侵及下调 W 蛋白表达发挥抗病毒效应,其中 W 蛋白可作为 chIFITMs 抑制 NDV 的新靶点。研究结果不仅拓展了对 IFITMs 抗病毒谱的认知,也为新城疫及副黏病毒科其他病毒病的防控提供了新思路。例如,通过遗传育种筛选高 chIFITMs 表达的鸡品种,或开发模拟 chIFITMs 膜修饰功能的小分子化合物,有望成为新型抗病毒策略。尽管 chIFITMs 在实际应用中面临蛋白递送、结构复杂性等挑战,但其作为天然抗病毒屏障的重要价值,为未来禽类传染病的防控开辟了新方向。