DIA及磷酸化蛋白質(zhì)組學(xué)揭示新冠病毒如何逃避人體免疫系統(tǒng)

自新冠爆發(fā)以來，至今已感染上億人。新冠病毒SARS-CoV-2突變率高，穩(wěn)定性差，相繼出現(xiàn)變種包括Alpha、Delta、Omicron等，表明病毒適應(yīng)了人與人之間的傳播，且進(jìn)化出更高效的方式逃避人體免疫反應(yīng)。

2021年12月23日，來自英國(guó)倫敦大學(xué)學(xué)院、定量生物科學(xué)研究所等團(tuán)隊(duì)人員聯(lián)合在Nature（IF= 49.962）上發(fā)表題為“Evolution of enhanced innate immune evasion by SARS-CoV-2”的研究文章，該研究采用DIA蛋白質(zhì)組、DIA磷酸化蛋白質(zhì)組、轉(zhuǎn)錄組等多組學(xué)技術(shù)，發(fā)現(xiàn)SARS-CoV-2 Alpha (B.1.1.7)通過高表達(dá)更多的“拮抗蛋白”，如N、Orf6和Orf9b，以此逃避機(jī)體先天免疫系統(tǒng)，增加其成功傳播的可能性。此外，在Delta和Omicron變種中，也觀察到N/Orf9b調(diào)控區(qū)域存在類似的突變。

研究材料
SARS-CoV-2不同毒株感染細(xì)胞

技術(shù)路線
· 步驟1：SARS-CoV-2 Alpha株感染降低干擾素誘導(dǎo)；
· 步驟2：多組學(xué)分析揭示SARS-CoV-2 Alpha變種抑制先天免疫相關(guān)信號(hào)通路；
· 步驟3：SARS-CoV-2 Alpha株感染期間其先天免疫拮抗蛋白的表達(dá)顯著上調(diào)；
· 步驟4：Orf9b通過結(jié)合TOM70 而拮抗 RNA 傳感下游的先天免疫反應(yīng)激活；
· 步驟5：SARS-CoV-2 Alpha對(duì)先天免疫激活的拮抗作用示意圖。

研究結(jié)果
1. SARS-CoV-2 Alpha株感染降低干擾素產(chǎn)生
利用SARS-CoV-2 Alpha株(B.1.1.7)、早期譜系分離株（IC19、VIC）感染肺細(xì)胞，測(cè)定病毒生長(zhǎng)情況，并通過測(cè)定病毒感染細(xì)胞產(chǎn)生的干擾素量評(píng)估先天免疫反應(yīng)的激活程度。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，SARS-CoV-2 的Alpha株與早期譜系分離株具有類似病毒生長(zhǎng)情況，然而Alpha株感染間產(chǎn)生的干擾素水平遠(yuǎn)低于所有早期變體，說明SARS-CoV-2 Alpha株(B.1.1.7)比早期譜系分離株更有效地拮抗先天免疫激活。

圖1 SARS-CoV-2 Alpha變種比早期譜系分離株更有效地拮抗先天免疫

2. 多組學(xué)分析揭示SARS-CoV-2 Alpha變種抑制先天免疫相關(guān)信號(hào)通路
進(jìn)一步，利用DIA蛋白質(zhì)組學(xué)、DIA磷酸化蛋白質(zhì)組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組等分析不同株系病毒感染后不同時(shí)間點(diǎn)的宿主細(xì)胞中免疫反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)變化。通過GSEA富集分析，發(fā)現(xiàn)Alpha株相對(duì)早期譜系分離株而言，顯著富集在IFNa/β、細(xì)胞因子/趨化因子等信號(hào)通路中，該結(jié)果表明，SARS-CoV-2 Alpha株 (B.1.1.7)更有效地抑制氣道上皮細(xì)胞的先天免疫反應(yīng)。

圖2 多組學(xué)分析表明SARS-CoV-2 Alpha變種抑制先天免疫相關(guān)信號(hào)通路

3. SARS-CoV-2 Alpha株感染期間其先天免疫拮抗蛋白的表達(dá)顯著上調(diào)
隨后，對(duì)轉(zhuǎn)錄組、蛋白組數(shù)據(jù)中病毒自身蛋白表達(dá)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)Alpha株感染相較于早期譜系分離株，一些已知的先天免疫拮抗蛋白（N、Orf9b、Orf6）在RNA和蛋白表達(dá)水平均發(fā)生顯著上調(diào)。

圖3 SARS-CoV-2 Alpha株感染期間其先天免疫拮抗蛋白的表達(dá)顯著上調(diào)

4. Orf9b通過結(jié)合TOM70 而拮抗 RNA 傳感下游的先天免疫反應(yīng)激活
線粒體抗病毒信號(hào)蛋白（MAVS）作為RNA傳感適配器，是感應(yīng)病毒RNA并引發(fā)抗病毒免疫反應(yīng)的重要分子，其中TOM70是激活MAVS所需的重要蛋白。在進(jìn)一步探究病毒拮抗先天免疫激活機(jī)制中，研究發(fā)現(xiàn)病毒拮抗蛋白Orf9b能通過結(jié)合TOM70而抑制先天免疫反應(yīng)。此外，Orf9b的活性及其與TOM70的相互作用會(huì)受到磷酸化調(diào)控。綜上表明，Orf9b能夠結(jié)合TOM70而拮抗RNA傳感下游的先天免疫反應(yīng)激活。

圖4 Orf9b 結(jié)合 TOM70 并拮抗 RNA 傳感下游的先天免疫反應(yīng)激活

5. SARS-CoV-2 Alpha對(duì)先天免疫激活的拮抗作用示意圖
通過以上分析，最終繪制了SARS-CoV-2 Alpha(B.1.1.7)拮抗先天免疫系統(tǒng)的示意圖。相較于早期譜系分離株，SARS-CoV-2 Alpha (B.1.1.7)能通過先天免疫拮抗劑Orf9b、Orf6和N在不同水平上抑制RNA感知，比如，Orf9b可通過與磷酸化調(diào)控的TOM70相互作用抑制RNA感知，Orf6可抑制IRF3和STAT1核易位，N則阻止RNA傳感器RIG-I的激活。而這些關(guān)鍵先天免疫拮抗劑進(jìn)化產(chǎn)生更多的sgRNA，使拮抗蛋白的表達(dá)和作用能力增強(qiáng)。

圖5 SARS-CoV-2 Alpha對(duì)先天免疫激活的拮抗作用示意圖

小編小結(jié)
本研究利用多組學(xué)技術(shù)（DIA蛋白質(zhì)組、DIA磷酸化蛋白質(zhì)組、轉(zhuǎn)錄組），解析了SARS-CoV-2 Alpha變種與其他病毒早期譜系分離株感染宿主細(xì)胞后，宿主信號(hào)網(wǎng)絡(luò)尤其是先天免疫反應(yīng)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的變化，揭示了SARS-CoV-2逃避免疫反應(yīng)的機(jī)制，對(duì)于后續(xù)抗病毒策略發(fā)展提供了重要的理論基礎(chǔ)。

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