异常RNA感知与宿主特异性免疫病理：高致病性流感感染中RIG-I/ZBP1的物种差异

《Communications Biology》：Aberrant RNA sensing and host-specific immunopathology in highly pathogenic influenza infections

　　

先天免疫激活对于建立针对病毒感染的保护性宿主免疫应答至关重要。病毒已进化出拮抗宿主先天免疫应答并限制宿主防御的机制。值得注意的是，越来越多的证据表明，人畜共患来源的RNA病毒，尤其是流感病毒，可触发失调的先天免疫激活，导致过度炎症和细胞损伤。然而，导致严重免疫病理的失调性先天免疫应答所涉及的宿主和病毒机制仍有待充分阐明。在本综述中，研究人员讨论异常RNA感知如何促进高致病性流感感染期间的先天免疫应答。研究人员还讨论关于流感病毒聚合酶与宿主因子相容性以及物种特异性RNA感知机制作为高致病性流感感染病理结局关键决定因素的观点。

引言
流感病毒为公共卫生流行威胁。甲型流感病毒（IAVs）为人畜共患RNA病毒，主要储存宿主为野生水禽，已引起四次大流行；乙型流感病毒（IBVs）与IAVs共循环并贡献季节性流行。禽流感病毒（AIV）按对鸡的致病性分为高致病性禽流感（HPAI）和低致病性禽流感（LPAI）。H5N1、H5N8和H7N9等HPAI毒株在家禽及偶发人类感染中致死率高；2.3.4.4b分支H5N1可感染多种非人哺乳动物并出现潜在人类适应突变。致病性感染中，宿主特异性模式识别受体（PRRs）失控激活导致促炎细胞因子和I型干扰素（IFNs）过度产生，涉及RIG-I样受体（RLRs）、Toll样受体（TLRs）、NOD样受体（NLRs）和Z-DNA结合蛋白1（ZBP1）；异常RNA驱动IFN及IFN刺激基因（ISGs）表达，晚期失调造成呼吸道上皮损伤和“细胞因子风暴”，导致急性呼吸窘迫综合征（ARDS）。绿头鸭早期应答强，鸡易感，提示宿主特异性免疫决定疾病耐受。

流感感染与宿主特异性致病机制
流感病毒感染人类上呼吸道（URT）和下呼吸道（LRT）。URT富集人适应IAV HA偏好的α2,6-连接唾液酸受体，LRT富集AIV偏好的α2,3-连接唾液酸受体，受体分布影响病毒嗜性和疾病严重度。轻度感染多局限于URT并由I型、III型IFNs清除；重症时病毒在LRT复制，损伤呼吸道上皮，引起肺泡损伤和ARDS。肺泡II型上皮细胞和肺泡巨噬细胞是HPAI重要靶细胞；肺泡巨噬细胞虽具保护作用，过度产生细胞因子也可致肺损伤。H5N1和H7N9可在鸡形目家禽中造成全身性损伤和高死亡率，而野生水禽症状轻微；H5N1还可致神经系统症状，2.3.4.4b分支H5N1在人类引起轻度结膜炎并经乳腺感染牛。

流感感染中的病毒RNA感知
TLRs、NLRs和RLRs识别流感病毒核酸并启动早期先天免疫。TLR3识别内体双链RNA，TLR7识别单链RNA，经NF-κB、IRF7及I型IFN/JAK/STAT1通路诱导促炎因子和抗病毒基因；TLR3经TRIF促进I型IFN应答。Tlr7^?/?小鼠H3N2感染时LRT过度炎症减轻，Tlr3^?/?小鼠致死性IAV感染后存活改善、促炎因子降低，提示TLR3失调参与免疫病理。IAV RNA经ASC和caspase-1促进NLRP3炎症小体组装，caspase-1活化IL-1β和IL-18并切割gasdermin D诱发焦亡；早期NLRP3具保护性，晚期致炎症相关免疫病理。RIG-I识别含5’-二磷酸或三磷酸的短双链RNA，经TRIM25泛素化后与线粒体抗病毒信号蛋白（MAVS）形成信号体，激活IRF3/7和NF-κB；TLR/RLR诱导的IFN对ZBP1产生至关重要，ZBP1识别流感Z-RNA和宿主Z-核酸。

IAV复制过程中的异常RNA产生
IAV基因组由八个负义病毒RNA（vRNAs）组成，由病毒RNA依赖性RNA聚合酶（vRdRp）转录复制。vRdRp易错，可产生缺陷干扰RNA（DI RNAs）、微型病毒RNA（mvRNAs）和小病毒RNA（svRNAs），作为RIG-I配体。DI RNAs源于vRdRp过早脱离模板并下游重起始，是高MOI体外扩增和长时培养的主要副产物；mvRNAs和svRNAs亦由复制失调产生。宿主酸性32 kDa核磷蛋白（ANP32）A/B支持vRdRp活性；禽源vRdRp在哺乳动物细胞中最佳活性依赖PB2 E627K以结合哺乳动物ANP32B。缺乏哺乳动物适应的禽源vRdRp与哺乳动物ANP32互作不佳，效率与保真性下降，易产生异常IAV RNA，触发RIG-I和ZBP1，造成炎症和细胞死亡。

RIG-I在宿主特异性先天免疫结局中的作用
IAV vRNAs具5’三磷酸且末端部分互补，但被PA、PB1、PB2和NP结合的基因组vRNAs实验证明是RIG-I弱激活剂；mvRNAs和DI RNAs可有效激活RIG-I。RIG-I早期激活具保护作用，延迟且持续激活则促进免疫病理。鸭尤其是绿头鸭普遍表达RIG-I，HPAI感染快速上调RIG-I，建立抗病毒状态并限制复制；鸡缺乏RIG-I表达，早期IFN应答受损，对HPAI高度易感。RIG-I缺陷小鼠IFN应答受损、病毒清除延迟；RIG-I激活寡核苷酸可保护小鼠抵抗致死性IAV。部分HPAI也可使某些鸭出现严重疾病，提示结局并非仅取决于RIG-I有无；TLR与RIG-I通路存在交叉，IFNAR下游信号缺失会加重肺免疫病理。

ZBP1：宿主特异性组织损伤与炎症的可能连接
ZBP1识别IAV复制形成的病毒Z-RNA，激活RIPK3-MLKL坏死性凋亡、RIPK3-RIPK1-caspase-8凋亡、NLRP3炎症小体焦亡及PANoptosis。ZBP1的Zα结构域感知IAV Z-RNA，与RIPK3、caspase-8和RIPK1形成PANoptosome，并招募NLRP3、ASC和caspase-1，促进IL-1和IL-18释放。Ripk3^?/?小鼠肺部病毒载量较高，Zbp1^?/?细胞更易被病毒扩散且小鼠存活降低；但表达失活caspase-8的小鼠和Mlkl^?/?小鼠对IAV易感性与野生型相近，提示受控的ZBP1介导PANoptosis对宿主保护重要，失调则致过度免疫病理。ZBP1还经RIPK1/RIPK3激活NF-κB，促进TNFα和IL-6表达；其保护或损害取决于情境，鼻内与气管内接种可产生不同结局。DI RNAs来源的Z-RNA是ZBP1主要激活配体；鸟类不表达ZBP1，可能减轻ZBP1驱动免疫病理并利于成为HPAI储存宿主。

NS1与DDX3X：病毒—宿主进化竞争中的关键参与者？
流感病毒与宿主长期共进化。IAV非结构蛋白1（NS1）干扰I型IFN信号和应激颗粒（SGs），与RIG-I及其调节因子结合以抑制RIG-I激活和I/III型IFN通路，并与RIG-I竞争dsRNA。DEAD-box蛋白3 X连锁（DDX3X）促进SG形成和I型IFN应答；NS1抑制SG依赖的IFN应答后，DDX3X可能通过激活NLRP3炎症小体形成替代抗病毒反应。1918年大流行IAV可经蛋白酶体依赖途径降解DDX3X并增强毒力，提示高致病性IAV可能进化出对抗宿主抗病毒应答的机制。

结论
IAV驱动病理在人类哺乳动物和鸟类中致死率高，并具大流行威胁。HPAI感染中异常RNA产生可触发过度先天免疫激活，导致过度炎症、组织损伤和物种特异性严重症状。鸡缺乏RIG-I使其对HPAI病理更易感，鸭早期RIG-I激活可减轻病理；鸟类缺乏ZBP1表达，可能减少ZBP1介导炎症和病理，赋予病毒耐受。宿主先天免疫受体表达差异决定病毒耐受和储存宿主能力。尽管RIG-I和ZBP1激活机制已有较多研究，物种特异性分子机制仍待阐明；部分鸭在HPAI感染时出现症状提示还有其他宿主因素。先天免疫传感器交叉、受控激活、病毒免疫逃逸及宿主受体分布共同决定疾病结局；vRdRp依赖的宿主特异性异常RNA产生与物种特异性传感器表达共同决定高致病性流感感染的免疫病理结局。