硬脂酰辅酶A去饱和酶1通过PPARα–IRF3轴调节斑马鱼的抗病毒先天免疫系统

《Fish & Shellfish Immunology》：Stearoyl-CoA desaturase 1 regulates antiviral innate immunity in zebrafish via PPARα–IRF3 axis

　　

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  病毒感染会抑制SCD1，从而负调控斑马鱼的抗病毒先天免疫。
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  棕榈酸作为SCD1的底物，通过抑制PPARα来增强抗病毒反应。
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  PPARα与IRF3发生物理相互作用，并抑制其抗病毒活性。
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  声明

引言

先天免疫系统是抵御入侵病毒的第一道防线。病毒核酸通过宿主的模式识别受体（PRRs）被感知，这些受体触发信号级联反应，进而激活干扰素调节因子3（IRF3）并产生I型干扰素（IFN-I）[1]、[2]、[3]。分泌的IFN-I与其受体结合后，会诱导数百个干扰素刺激基因（ISGs）的表达，从而建立强大的抗病毒状态[4]。在硬骨鱼类中，IFN系统得到了保留，并在抗病毒防御中发挥着类似的重要作用，某些IFN和ISG家族的特异性扩展有助于增强先天免疫力[5]、[6]。尽管导致IRF3激活的信号级联反应已被广泛研究，但越来越多的证据表明，宿主的代谢状态对抗病毒先天免疫反应的强度和结果有显著影响[7]、[8]、[9]。

免疫代谢学领域的研究表明，代谢途径不仅仅是能量的被动提供者和生物合成构建块，还是免疫调节的积极参与者[10]、[11]。在这些途径中，脂质代谢已成为调节先天免疫的关键因素。特定的脂质及其代谢中间产物可以作为信号分子，通过多种机制（包括直接结合、翻译后修饰或激活上游信号级联）来调节关键的免疫途径[12]、[13]、[14]、[15]。例如，胆固醇生物合成中间产物已被证明可以与IRF3激活结合以消除感染[16]，而肉豆蔻酸通过增强N-肉豆蔻酰化作用来促进STING依赖的干扰素反应[17]。在硬骨鱼类中，脂质代谢的免疫学重要性也日益受到重视，尤其是在膳食脂肪酸调节免疫反应和疾病抵抗力方面的作用[18]。

在抗病毒防御的背景下，越来越多的证据表明脂质代谢在硬骨鱼类中具有特定的作用，例如固醇代谢参与斑马鱼抗病毒先天免疫的激活[19]，以及脂肪酸合成酶对抗病毒免疫的调节[20]。我们最近的研究进一步揭示了磷酸乙醇胺胞苷酰转移酶2（PCYT2）通过整合二酰甘油代谢和TBK1的激活来调节抗病毒先天免疫[21]，这突显了脂质与免疫之间的复杂相互作用。然而，特定脂肪酸去饱和途径如何促进鱼类的抗病毒先天免疫仍很大程度上尚未探索。

棕榈酸（PA）是SCD1的主要饱和脂肪酸底物。在SCD1活性降低的情况下，PA会积累，并已被证明具有免疫调节功能[29]。PA可以影响全身代谢和炎症，新的证据表明饱和脂肪酸可能调节过氧化物酶体增殖活化受体α（PPARα）的活性[30]、[31]，PPARα是一种核受体超家族的配体活化转录因子，主要调控脂肪酸氧化和脂质代谢[32]。PPARα还通过负调控NF-κB和AP-1信号通路来发挥抗炎作用[33]，最近的研究开始揭示PPARα在病毒感染中的免疫调节功能[34]、[35]。在鱼类中，已发现PPARα在调节脂质代谢和能量稳态中起着核心作用[36]，但其在抗病毒先天免疫中的潜在作用仍不清楚。PA是否通过PPARα参与抗病毒先天免疫，以及SCD1介导的PA消耗是否调节这一过程，目前尚不明确。

斑马鱼（Danio rerio）是一种研究先天免疫的强大脊椎动物模型。它在先天免疫信号通路方面与哺乳动物具有显著的保守性，并具有高繁殖力、快速体外发育、胚胎光学透明性和遗传易操作性等独特优势[37]、[38]。斑马鱼的IFN系统已被广泛研究，已鉴定出多种I型IFN基因和保守的信号适配器，如MAVS、STING、TBK1和IRF3[39]、[40]。鲤鱼病毒（SVCV）是一种负链单链RNA病毒，其引起的春季病毒血症在鲤科鱼类中会导致严重疾病，但在斑马鱼中会引发强烈的抗病毒先天免疫反应[41]。草鱼呼肠孤病毒（GCRV）是一种双链RNA病毒，也是使用斑马鱼感染模型进行广泛研究的另一种重要病原体[42]。使用这两种病毒使我们能够验证在不同病毒感染情境下研究结果的普遍性。

在这里，我们发现病毒感染会下调SCD1，而SCD1作为酶活性依赖性的抗病毒先天免疫负调节因子。PA作为SCD1的底物，通过抑制PPARα来促进IRF3介导的抗病毒免疫。机制上，SCD1消耗PA以维持PPARα对IRF3的抑制作用，而病毒感染则通过下调SCD1来解除这种抑制。我们的发现揭示了SCD1–PA–PPARα–IRF3轴在硬骨鱼类中将脂质代谢与抗病毒免疫联系起来的作用。

部分片段

细胞与病毒

斑马鱼肝（ZFL）细胞在Dulbecco's Modified Eagle Medium和Nutrient Mixture Ham's F-12的1:1混合培养基中培养，不含HEPES（DMEM/F12，VivaCell，上海），添加10%胎牛血清（FBS，ExCell Bio，上海）和1%青霉素-链霉素。表皮瘤乳头状细胞（EPC）和Ctenopharyngodon idellus肾细胞在Medium 199 Earle's Salts Base培养基（M199，VivaCell，上海）中培养，添加10% FBS

病毒感染在斑马鱼体内和体外中抑制SCD1的表达

为了探讨SCD1在抗病毒免疫中的潜在作用，我们首先在体内感染后检查了SCD1的表达。将SVCV或GCRV-II腹腔注射到成年斑马鱼体内后，24小时内在肝脏中抗病毒基因（包括ifn1、lta、pkz和mxc）的mRNA表达显著上调（图1A），证实了有效的抗病毒反应。同时，在感染后24小时，肝脏中的scd1mRNA水平显著降低

讨论

脂质代谢与先天免疫之间的相互作用代表了免疫学领域的一个快速发展的前沿。在这项研究中，我们发现了SCD1在斑马鱼抗病毒先天免疫中的新功能，并明确了SCD1–PA–PPARα–IRF3轴的作用机制，其中SCD1消耗其底物PA以维持PPARα对IRF3激活的抑制。我们观察到SVCV和GCRV（I和II）会抑制SCD1的表达，这种代谢重编程可能对宿主有益

伦理声明

本研究遵循ARRIVE（动物研究：体内实验报告）指南进行。本研究获得了中国海洋大学的动物伦理委员会的批准。

CRediT作者贡献声明

刘赠杰：概念构建、研究、数据整理、初稿撰写、审阅与编辑。赖文聪：研究、撰写、审阅与编辑。胡汉：研究、撰写、审阅与编辑。张婉轩：研究、撰写、审阅与编辑。段晋伟：研究、撰写、审阅与编辑。梅康森：监督。艾庆辉：监督、概念构建、资金获取、撰写、审阅与编辑。

数据可用性

数据将按需提供。

资助

国家自然科学基金（U2106232、32320103012、31830103、324B2067）、国家重点研发计划（2023YFD2400602）、CARS-47专项基金（CARS47-11）以及山东省泰山学者攀登专家计划（tspd20240804）。

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

Zengjie Liu|Wencong Lai|Han Hu|Wanxuan Zhang|Jinwei Duan|Kangsen Mai|Qinghui Ai