人类巨细胞病毒(HCMV)是一种非常常见的病毒,很多人在婴幼儿时期就已经感染,但它通常不会引起明显症状,而是悄悄“潜伏”在体内,一旦人体免疫力下降,就有可能“激活”,引发健康问题。近年来,科学家们注意到,(SARS-CoV-2)感染后,有些患者体内的HCMV会被重新激活,但背后的原因一直不清楚。
2025年7月16日,暨南大学陈俊,联合江汉大学万品和武汉轻工大学曾驰共同通讯在PlosPathogens在线发表题为“SARS-CoV-2 encoded ORF3a interacts with YY1 to promote latent HCMV reactivation”的研究型论文,该研究发现SARS-CoV-2的ORF3a蛋白可以通过与MIEP抑制因子YY1相互作用,激活HCMV的MIEP。这种相互作用导致YY1发生依赖泛素的降解,进而促进潜伏HCMV的再激活以及病毒的复制和增殖。这些发现揭示了SARS-CoV-2与HCMV在共感染过程中相互作用的分子机制,为未来预防和治疗这两种病毒共感染提供了新的理论基础。
促进MIEP激活的SARS-CoV-2蛋白的筛选
为探究SARS-CoV-2诱导HCMV再激活的机制,研究者利用双荧光素酶报告系统对SARS-CoV-2编码蛋白进行筛选,发现ORF3a、ORF7b和M蛋白均可显著增强HCMV主要即刻早期启动子(MIEP)的转录活性。
图1.促进MIEP激活的SARS-CoV-2蛋白的筛选
进一步的剂量依赖实验显示,三种蛋白对MIEP活性的促进作用与表达量呈正相关。结果表明,这些SARS-CoV-2蛋白可能在病毒共感染中诱导HCMV潜伏病毒的再激活。
SARS-CoV-2 ORF3a与YY1相互作用
通过筛选发现,SARS-CoV-2的ORF3a、ORF7b和M蛋白均可激活HCMV MIEP。为进一步探究其机制,作者重点检测了这些蛋白与已知调控MIEP的转录因子(如YY1、NF-κB、AP-1)间的相互作用。免疫共沉淀(Co-IP)实验显示,ORF3a能与转录抑制因子YY1形成复合物,而ORF7b和M蛋白未检测到直接结合。免疫荧光共定位实验进一步证实,ORF3a与YY1在细胞内共定位,且ORF3a促使YY1从核内转移至胞浆。双向Co-IP验证了ORF3a与YY1的互作关系,该互作同样在SARS-CoV-2感染的THP-1衍生巨噬细胞中得到确认。
图2.SARS-CoV-2的ORF3a与YY1相互作用
结构域功能分析表明,ORF3a与YY1的相互作用依赖于YY1的转录激活域(1-154氨基酸)和锌指DNA结合域(296-414氨基酸)。综上,ORF3a通过结合YY1影响其细胞定位和功能,可能是调控HCMV MIEP活性及潜伏病毒再激活的关键机制之一。
ORF3a恢复了YY1抑制的MIEP活性
作者首先验证了YY1对HCMV MIEP的抑制作用:随着Flag-YY1表达量增加,MIEP活性逐渐降低。进一步探究ORF3a的作用时,发现随着ORF3a表达量增加,YY1对MIEP的抑制作用逐渐减弱,同时免疫印迹显示YY1蛋白水平下降。使用缺失YY1结合位点的MIEP突变质粒(pGL3-MIEPmut)时,ORF3a对MIEP活性的调控丧失,提示ORF3a对MIEP的激活依赖于YY1及其结合位点。
图3.ORF3a可恢复YY1对MIEP活性的抑制作用,并呈剂量依赖性
此外,敲低YY1表达可促进MIEP活性,但此时ORF3a的促进作用消失,进一步说明ORF3a依赖YY1介导MIEP调控。竞争性表达缺失转录抑制结构域的YY1Δ2突变体能结合ORF3a但无法抑制MIEP活性,且恢复野生型YY1后抑制作用得以重建,证明ORF3a通过与YY1相互作用解除其对MIEP的抑制。综上,ORF3a通过与YY1结合并降低其抑制活性,促进HCMV MIEP的激活,可能驱动潜伏病毒的再激活。
ORF3a促进YY1的泛素依赖性蛋白酶体降解
确认SARS-CoV-2 ORF3a与YY1在宿主细胞中相互作用后,作者进一步探讨了ORF3a对YY1的影响。随着ORF3a表达量增加,293T细胞中YY1蛋白水平逐渐降低;在感染SARS-CoV-2的巨噬细胞中亦观察到YY1显著下降,敲低ORF3a后YY1表达恢复正常,提示ORF3a促进YY1降解。
图4.SARS-CoV-2的ORF3a促进YY1的泛素化降解
免疫共沉淀实验结合泛素标记显示,ORF3a显著促进了YY1的泛素化修饰。使用蛋白酶体抑制剂MG132能够阻断ORF3a介导的YY1降解,而溶酶体抑制剂NH4Cl无效,表明该降解依赖蛋白酶体途径。
进一步敲低E3泛素连接酶TRIM59或TRAF3发现,只有TRIM59缺失阻断了ORF3a诱导的YY1降解。在SARS-CoV-2感染的巨噬细胞中,TRIM59敲低也恢复了YY1蛋白水平。综上,ORF3a通过与E3连接酶TRIM59相互作用,促进YY1的泛素依赖性蛋白酶体降解。
SARS-CoV-2 ORF3a促进HCMV从潜伏期重新激活
除此之外,研究利用THP-1细胞建立HCMV潜伏模型,结合ORF3a的稳定表达,发现ORF3a促进了HCMV主要即刻早期基因(IE1/IE2)的表达,加快了病毒从潜伏期向活跃复制的转变。RT-qPCR和Western blot结果均显示,ORF3a表达使IE1/IE2转录及蛋白水平在TPA诱导的巨噬细胞分化过程中显著升高,同时YY1蛋白水平明显下降,但其mRNA水平无显著变化,提示ORF3a通过促进YY1蛋白降解激活MIEP。
图5.SARS-CoV-2的ORF3a促进HCMV从潜伏期再激活
在SARS-CoV-2与HCMV共感染模型中,敲低ORF3a可恢复YY1蛋白表达,抑制HCMV再激活和复制,且ΔORF3a突变的SARS-CoV-2病毒增强HCMV IE1/IE2表达及复制能力明显减弱。以上结果表明,SARS-CoV-2 ORF3a通过介导YY1降解,解除其对HCMV MIEP的抑制,从而促进潜伏HCMV的再激活和病毒复制。
综上所述,本研究首次揭示了SARS-CoV-2蛋白ORF3a通过与转录抑制因子YY1相互作用,促进其泛素依赖性降解,从而激活HCMV主要即刻早期启动子(MIEP),促进潜伏HCMV的再激活。该机制为SARS-CoV-2与HCMV共感染过程中病毒相互作用提供了分子基础,强调了ORF3a作为潜在治疗靶点的重要性。未来研究需建立更具生理相关性的模型,深入探索SARS-CoV-2共感染引发HCMV再激活的多因素调控机制,并评估其在COVID-19长期并发症中的作用,为临床干预提供新思路。
原文链接:https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1013344
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