DIA及磷酸化蛋白質(zhì)組學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，表明病毒適應了人與人之間的傳播，且進化出更高效的方式逃避人體免疫反應。

2021年12月23日，來自英國倫敦大學學院、定量生物科學研究所等團隊人員聯(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、轉錄組等多組學技術，發(fā)現(xiàn)SARS-CoV-2 Alpha (B.1.1.7)通過高表達更多的“拮抗蛋白”，如N、Orf6和Orf9b，以此逃避機體先天免疫系統(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不同毒株感染細胞

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

研究結果
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）感染肺細胞，測定病毒生長情況，并通過測定病毒感染細胞產(chǎn)生的干擾素量評估先天免疫反應的激活程度。結果發(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情況，然而Alpha株感染間產(chǎn)生的干擾素水平遠低于所有早期變體，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. 多組學分析揭示SARS-CoV-2 Alpha變種抑制先天免疫相關信號通路
進一步，利用DIA蛋白質(zhì)組學、DIA磷酸化蛋白質(zhì)組學、轉錄組等分析不同株系病毒感染后不同時間點的宿主細胞中免疫反應網(wǎng)絡變化。通過GSEA富集分析，發(fā)現(xiàn)Alpha株相對早期譜系分離株而言，顯著富集在IFNa/β、細胞因子/趨化因子等信號通路中，該結果表明，SARS-CoV-2 Alpha株 (B.1.1.7)更有效地抑制氣道上皮細胞的先天免疫反應。

圖2 多組學分析表明SARS-CoV-2 Alpha變種抑制先天免疫相關信號通路

3. SARS-CoV-2 Alpha株感染期間其先天免疫拮抗蛋白的表達顯著上調(diào)
隨后，對轉錄組、蛋白組數(shù)據(jù)中病毒自身蛋白表達進行分析，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顯著上調(diào)

4. Orf9b通過結合TOM70 而拮抗 RNA 傳感下游的先天免疫反應激活
線粒體抗病毒信號蛋白（MAVS）作為RNA傳感適配器，是感應病毒RNA并引發(fā)抗病毒免疫反應的重要分子，其中TOM70是激活MAVS所需的重要蛋白。在進一步探究病毒拮抗先天免疫激活機制中，研究發(fā)現(xiàn)病毒拮抗蛋白Orf9b能通過結合TOM70而抑制先天免疫反應。此外，Orf9b的活性及其與TOM70的相互作用會受到磷酸化調(diào)控。綜上表明，Orf9b能夠結合TOM70而拮抗RNA傳感下游的先天免疫反應激活。

圖4 Orf9b 結合 TOM70 并拮抗 RNA 傳感下游的先天免疫反應激活

5. SARS-CoV-2 Alpha對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。而這些關鍵先天免疫拮抗劑進化產(chǎn)生更多的sgRNA，使拮抗蛋白的表達和作用能力增強。

圖5 SARS-CoV-2 Alpha對先天免疫激活的拮抗作用示意圖

小編小結
本研究利用多組學技術（DIA蛋白質(zhì)組、DIA磷酸化蛋白質(zhì)組、轉錄組），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胞后，宿主信號網(wǎng)絡尤其是先天免疫反應調(diào)控網(wǎng)絡的變化，揭示了SARS-CoV-2逃避免疫反應的機制，對于后續(xù)抗病毒策略發(fā)展提供了重要的理論基礎。

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