综述：干扰素刺激基因介导的抗朊病毒感染防御：Oas1a的非经典功能

《Viruses》：Interferon-Stimulated Gene-Mediated Defense Against Prion Infection: Noncanonical Function of Oas1a

　　

朊病毒病是一类 invariably 致命的神经退行性疾病，其特征是宿主编码的朊病毒蛋白（PrPC）构象转化为错误折叠的致病性异构体（PrPSc）。与病毒等传统感染因子不同，朊病毒缺乏核酸，这导致长期以来人们认为其可逃避免疫监视。然而，越来越多的证据挑战了这一观点，并提示先天免疫系统在塑造朊病毒发病机制中发挥作用。然而，其潜在的分子机制仍未完全阐明。在先天免疫通路中，研究人员的研究表明，I型干扰素（I-IFN）——传统上被认为是抗病毒介质——参与调控朊病毒的传播和疾病进展。研究人员证明，IRF3（I-IFN的核心转录激活因子）可限制朊病毒传播并延缓疾病发作。此外，I-IFN本身在体外和体内系统中均能增强细胞对朊病毒感染的抵抗力。研究人员最近的工作确定了2′-5′-寡腺苷酸合成酶1A（Oas1a）——一种由I-IFN诱导的下游效应分子——作为非经典抗朊病毒活性的介导因子。Oas1a的基因缺失增加了对朊病毒感染的易感性，而重组Oas1a或Oas1a的强制表达则恢复抵抗力。Oas1a通过直接结合PrPC并干扰其向PrPSc的转化来阻断朊病毒传播。这种保护活性依赖于Oas1a的寡聚化，但不依赖于其经典的2′-5′-寡腺苷酸合成酶活性。总的来说，这些发现支持一个模型，即IRF3–I-IFN–Oas1a轴至少在迄今为止所检测的实验系统中有助于宿主防御朊病毒感染。在这篇综述中，研究人员强调了该轴参与朊病毒感染先天免疫反应的最新证据，并讨论了其机制和潜在的治疗意义。

1. 2.
   修正迷思：朊病毒真的是免疫静默的吗？

朊病毒历来被认为具有免疫静默性。这一假设源于朊病毒疾病在早中期通常缺乏明显的炎症反应，外周免疫细胞浸润极少，以及常规免疫调节剂或疫苗接种策略未能改变疾病进程。长期以来人们认为，由于PrP^Sc与宿主编码的PrP^C具有相同的氨基酸序列，且与病毒或细菌不同，朊病毒缺乏基因组，因此宿主免疫系统无法识别朊病毒。然而，越来越多的证据表明，尽管缺乏传统的病原体相关分子模式（PAMPs），朊病毒感染仍能激活先天免疫通路。

朊病毒生物学最引人注目的方面之一是多种毒株的存在，其特征是独特的PrP^Sc构象，并与特定的临床和病理表型相关。这些毒株在潜伏期、病变分布、糖基化谱和对宿主免疫反应的敏感性方面存在差异。值得注意的是，毒株间的干扰现象也已被记录。在病毒学中，毒株干扰可由宿主识别病毒成分后触发的I-IFN反应介导。在朊病毒模型中观察到的类似干扰现象提示，涉及I-IFN信号的先天免疫通路也可能促成这一现象。

1960年代的早期研究报告称，干扰素治疗羊瘙痒症感染小鼠未能提供治疗益处，导致人们普遍认为干扰素介导的免疫不太可能在朊病毒发病机制中发挥主要作用。然而，尽管缺乏明显的I-IFN产生，在CJD患者和朊病毒感染动物的脑中发现包括Mx1和OAS相关基因在内的多个干扰素刺激基因（ISGs）上调。此外，在CJD人脑的早期疾病阶段，小胶质细胞中检测到IRFs（I-IFN通路的关键转录调节因子）表达增加。这些发现表明，朊病毒感染可能诱导微弱或高度局部的I-IFN反应——常规检测无法检测到——但足以在特定的中枢神经系统（CNS）驻留细胞类型中激活下游ISG表达。

1. 3.
   先天免疫信号在朊病毒发病机制中的作用

越来越多的证据表明，先天免疫系统的多个组分，包括TLR和白细胞介素信号，影响朊病毒疾病的进展。携带Toll样受体4（TLR4）胞内信号结构域非功能性突变的小鼠，在多种朊病毒毒株和接种剂量下，其发病潜伏期显著短于野生型小鼠。这些发现表明TLR4信号在朊病毒感染期间发挥保护作用。CD14是参与TLR信号的共受体，也影响朊病毒疾病进展。CD14缺陷小鼠与野生型小鼠相比，表现出延迟的PrP^Sc积累、延迟的疾病发作和延长的存活期。髓样分化初级反应蛋白88（MyD88）是大多数TLR和IL-1受体下游的接头蛋白，在脑内感染后似乎对朊病毒疾病进展非必需。调节炎症反应的细胞因子也影响朊病毒疾病进展。白细胞介素-10（IL-10）缺陷小鼠在脑内和外周接种后均表现出显著缩短的潜伏期，表明IL-10在朊病毒发病机制中具有保护作用。相比之下，白细胞介素-1（IL-1）信号似乎促进发病机制。

1. 4.
   IRF3：抗朊病毒感染先天免疫的守门人

TLR4和MyD88缺陷对朊病毒疾病的差异性影响提示，MyD88非依赖性TLR信号可能有助于宿主防御。TLR4可通过TRIF接头蛋白信号传导，经TBK1/IKKε激活IRF3，导致I-IFN产生。研究人员将IRF3缺陷小鼠经腹腔接种多种朊病毒毒株。与野生型对照相比，IRF3缺陷小鼠对所有测试的朊病毒毒株均表现出显著缩短的潜伏期。此外，在IRF3缺陷小鼠的脾脏中更早检测到PrP^Sc。体外研究表明，IRF3激活抑制了持续感染细胞培养物中PrP^Sc的积累，而IRF3过表达赋予对从头朊病毒感染的抵抗力，支持IRF3具有细胞自主的抗朊病毒功能。值得注意的是，与未感染对照相比，持续感染22L羊瘙痒症毒株的鼠神经母细胞瘤细胞系N2a-22L中Irf3基因表达显著下调。研究人员通过荧光素酶报告基因实验鉴定出上游-119 bp区域为功能性启动子。进一步分析确定八聚体结合转录因子-1（Oct-1）是Irf3启动子活性的主要调节因子。与此一致，在羊瘙痒症感染小鼠脑和N2a-22L细胞中，Oct-1表达显著降低。这些发现表明，朊病毒感染与Oct-1表达减少和Irf3转录受损相关，可能削弱IRF3介导的先天免疫反应。

1. 5.
   I-IFN：将IRF3信号转化为抗朊病毒作用

IRF3是驱动I-IFN诱导的核心转录因子。IRF3缺陷小鼠表现出受损的I-IFN产生和对病毒感染的易感性增加。尽管在朊病毒感染的组织或细胞中未一致观察到强烈的I-IFN分泌，但许多细胞类型表现出低水平的组成性I-IFN产生。I-IFN包括IFN-α和IFN-β，通过IFNAR信号激活JAK-STAT通路。配体结合后，STAT1和STAT2被磷酸化并与IRF9结合形成干扰素刺激基因因子3（ISGF3）复合物，该复合物转位至细胞核并诱导ISG转录。为了直接评估I-IFN信号在朊病毒疾病中的作用，研究人员分析了缺乏IFNAR1（IFNAR的一个必需亚基）的小鼠。IFNAR1缺陷小鼠疾病发展更快，在脑和脾中表现出更大的PrP^Sc积累和比野生型对照更严重的神经病理学。体外实验中，IFNAR1缺陷成纤维细胞对朊病毒感染更具容许性，这一表型可通过逆转录病毒重新表达IFNAR1来逆转。在朊病毒感染的N2a细胞中，重组IFN-β以剂量依赖性方式显著减少PrP^Sc。同样，小分子IFNAR1激动剂RO8191在体外降低了PrP^Sc积累。在朊病毒感染小鼠中，RO8191治疗在疾病早中期降低了PrP^Sc负荷、胶质增生和空泡化。与这些结果一致，RO8191治疗显著延长了朊病毒感染小鼠的存活期。

1. 6.
   Oas1a：限制朊病毒转化的I-IFN诱导效应分子

IFN信号诱导超过300个ISGs，但哪些基因介导抗朊病毒活性仍不清楚。为了鉴定下游效应分子，研究人员通过监测细胞实验中新合成的蛋白酶抗性PrP^Sc的形成，测试了选定ISGs的抗朊病毒活性。在测试的ISGs中，Oas1a显著减少了PrP^Sc的形成而不改变PrP^C表达或宿主蛋白质合成，而其他ISGs如Mx1、ISG15和Viperin则无效果。研究人员生成了Oas1a缺陷小鼠并用22L朊病毒毒株进行脑内接种。与野生型对照相比，Oas1a缺陷小鼠表现出更短的潜伏期以及在脑和脾中显著增加的PrP^Sc积累。组织学分析显示PrP^Sc沉积增强，并伴有明显的小胶质细胞和星形胶质细胞激活。在Oas1a缺陷细胞中，IFN-β未能抑制朊病毒传播，而重组Oas1a恢复了抵抗力。在野生型细胞中，单独的重组Oas1a将朊病毒传播降低至与IFN-β相当的水平。生化分析进一步揭示，Oas1a的该功能独立于其经典酶活性。四聚体形成——而非ATP结合或2-5A合成——是抗朊病毒效应所必需的，表明存在非经典机制。表面等离子体共振显示Oas1a与PrP^C高亲和力结合，而荧光显微镜证明内化的Oas1a与PrP^C存在时间依赖性共定位，支持Oas1a与PrP^C相互作用并干扰其病理转化的模型。

1. 7.
   治疗意义与靶向IRF3–IFN–Oas1a轴

实验发现表明IRF3–I-IFN–Oas1a轴可能为朊病毒疾病的治疗干预提供机会。由于Oas1a作用于I-IFN信号下游并独立于RNase L抑制朊病毒传播，该通路可在多个水平进行调节，包括干扰素信号、Oas1a表达和Oas1a活性。早期干扰素治疗实验性朊病毒疾病的研究未显示治疗益处，但这些研究是在I-IFN信号及其下游ISGs分子表征之前进行的。聚乙二醇化干扰素已在多种疾病中临床使用。基因方法可在CNS中提供持续的局部I-IFN表达，这一概念得到先前发现的脑内递送编码IFN-β的慢病毒载体可减少朊病毒感染小鼠PrP^Sc积累和神经病理变化的支持。定义朊病毒如何破坏IRF3信号可能揭示保留该通路的治疗机会，例如通过防止Oct-1缺失或维持感染神经元中IRF3活性。未来研究可探索促进Oas1a四聚体形成或增强其与PrP^C相互作用的小分子是否能增加其抗朊病毒活性。将I-IFN激动剂或ISG诱导剂与降低PrP^C水平的疗法（如反义寡核苷酸）相结合的联合策略也值得研究。将发现转化为疗法的主要挑战是朊病毒疾病漫长的症状前期。到神经系统症状明显时，大量PrP^Sc积累和神经元损伤可能已经发生，可能限制主要旨在抑制进一步朊病毒传播的干预措施的治疗益处。向相关CNS区室和细胞群的有效递送也代表重要挑战。I-IFN信号的时机、强度和持续时间可能是治疗结果的关键决定因素。过度或延长的激活可促进神经炎症和CNS中的其他有害效应，包括小胶质细胞过度激活、突触功能障碍或丧失以及神经稳态破坏。因此，I-IFN信号的治疗性激活可能需要精确控制而非持续全身刺激。

1. 8.
   关键概念

先天免疫信号可能在朊病毒发病机制中发挥先前未被充分认识的作用。实验研究表明I-IFN相关通路可能影响朊病毒传播。转录组学分析已鉴定出朊病毒感染动物和人CJD脑组织中的ISG上调。IRF3是MyD88非依赖性先天免疫信号的上游调节因子，有助于宿主防御朊病毒感染。IRF3激活驱动I-IFN产生和下游ISG诱导。其表达在慢性朊病毒感染期间与Oct-1下调相关而减少。实验研究支持I-IFN信号在朊病毒感染中的保护作用。IFNAR1的基因破坏增加对朊病毒感染的易感性，而I-IFN信号的药理学激活抑制PrP^Sc积累并延缓实验模型中的疾病进展。Oas1a作为非经典ISG效应分子，通过与其经典抗病毒作用不同的机制抑制朊病毒传播。独立于2-5A合成和RNase L激活，Oas1a直接结合PrP^C并干扰其病理转化。该抗朊病毒活性需要Oas1a四聚化，提示限制朊病毒传播的结构作用模式。

1. 9.
   悬而未决的问题

哪些上游机制驱动朊病毒感染细胞中IRF3的抑制？尽管Oct-1下调已被涉及，但朊病毒感染与Oct-1抑制之间的分子联系仍未解决。Oas1a如何与PrP^C相互作用以干扰其病理转化？尽管细胞模型支持直接相互作用，但这种结合的分子基础仍未解决，体内验证具有挑战性。宿主细胞如何在缺乏核酸和经典PAMPs的情况下识别朊病毒？一种可能性是异常PrP结构直接参与先天免疫识别通路。纤维状PrP肽已被证明通过TLR4在巨噬细胞中诱导细胞因子反应，但这些发现并未确立TLR4对感染性PrP^Sc的直接识别。或者，PrP^Sc积累可能破坏细胞稳态并通过损伤相关机制间接激活先天免疫反应。由于RIG-I和MDA5是核酸传感器，目前没有证据表明它们直接识别蛋白质性质的PrP^Sc。哪些细胞类型介导CNS中IRF3–I-IFN–Oas1a依赖性抗朊病毒反应？尽管神经元可以发起先天免疫反应，但神经元、小胶质细胞、星形胶质细胞和其他CNS驻留细胞对该通路的相对贡献在朊病毒感染期间仍不清楚。

1. 10.
   结论

朊病毒疾病代表了神经退行性变和感染性病理的独特交汇。越来越多的证据表明先天免疫信号可以以背景依赖性方式影响朊病毒传播和疾病进展。在这些反应中，实验研究表明IRF3–I-IFN–Oas1a轴可以通过不同于经典抗病毒免疫的机制限制朊病毒传播。特别是Oas1a，已在实验模型中被证明通过涉及与PrP^C直接相互作用的非经典机制独立于RNase L抑制PrP^Sc形成。然而，IRF3–I-IFN–Oas1a轴在不同朊病毒毒株和宿主物种中的保守程度，特别是在人类朊病毒疾病中，仍有待确定。对其上游激活和下游机制的进一步研究，以及在多样化朊病毒模型和人类疾病中的研究，对于确定这一新兴宿主反应的生物学和潜在治疗意义至关重要。