Sci Adv.I 甲型流感病毒劫持LC3-中心粒周圍蛋白-動(dòng)力蛋白銜接復(fù)合物實(shí)現(xiàn)宿主細(xì)胞質(zhì)入侵

2025年6月11日由奧胡斯大學(xué)Fulvio Reggiori團(tuán)隊(duì)在《Science Advance》雜志上發(fā)表題為“Influenza A virus subverts the LC3-pericentrin dynein adaptor complex for host cytoplasm entry”的研究論文。

研究背景

甲型流感病毒（IAV）是一種重要的人類呼吸道病原體。其基因組包裹在病毒核糖核蛋白（vRNP）復(fù)合體中，該復(fù)合體進(jìn)入細(xì)胞后，需通過(guò)“脫殼”將遺傳物質(zhì)釋放到細(xì)胞質(zhì)中，進(jìn)而感染宿主。以往研究表明，IAV 可利用細(xì)胞內(nèi)“聚集小體加工機(jī)制”（APM），通過(guò)組蛋白去乙酰化酶6（HDAC6）識(shí)別 vRNP 上的非錨定泛素鏈，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)微管和肌球蛋白運(yùn)動(dòng)，促進(jìn)病毒脫殼。此外，轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白TNPO1等因子也參與部分脫殼過(guò)程，但這些途徑被抑制后，病毒感染僅部分受損，暗示存在其他機(jī)制。本研究揭示了另一條關(guān)鍵通路：自噬相關(guān)蛋白 LC3 與 pericentrin（PCNT）形成銜接復(fù)合體，直接介導(dǎo) vRNP 與驅(qū)動(dòng)蛋白dynein 1 的結(jié)合，從而在病毒進(jìn)入細(xì)胞的內(nèi)體位置啟動(dòng)脫殼。該機(jī)制與HDAC6依賴的APM通路并行，形成功能冗余，表明IAV已進(jìn)化出兩種冗余策略來(lái)劫持動(dòng)力蛋白分子馬達(dá)，以高效完成細(xì)胞質(zhì)入侵。

研究結(jié)果

結(jié)果1：

HDAC6并非介導(dǎo)IAV細(xì)胞質(zhì)入侵的唯一動(dòng)力銜接蛋白

為揭示IAV利用細(xì)胞動(dòng)力蛋白入侵細(xì)胞質(zhì)的具體途徑，作者首先利用siRNA技術(shù)分別抑制了宿主細(xì)胞內(nèi)的HDAC6（已知的病毒脫殼相關(guān)蛋白）和DYNC1I1（動(dòng)力蛋白1的核心組分）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，抑制HDAC6僅能使IAV的感染效率下降約50%，而抑制DYNC1I1則幾乎完全阻斷了病毒的復(fù)制。為進(jìn)一步探究細(xì)胞骨架的作用進(jìn)一步采用了藥物干預(yù)。發(fā)現(xiàn)單純解聚微管只能部分抑制IAV復(fù)制，而直接抑制動(dòng)力蛋白功能或阻斷內(nèi)體酸化則能實(shí)現(xiàn)近90%的強(qiáng)烈抑制。尤為關(guān)鍵的是，當(dāng)同時(shí)破壞微管和肌動(dòng)蛋白時(shí)，其對(duì)病毒復(fù)制的抑制效果與直接靶向動(dòng)力蛋白相當(dāng)，這說(shuō)明IAV所利用的動(dòng)力蛋白系統(tǒng)需要這兩種細(xì)胞骨架網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同配合。此外，研究還證實(shí)這種依賴具有病毒特異性，并非所有病毒都同樣需要此通路。在細(xì)胞質(zhì)入侵的實(shí)驗(yàn)中，作者發(fā)現(xiàn)，當(dāng)DYNC1I1被抑制后，病毒蛋白M1幾乎完全被禁錮在內(nèi)體結(jié)構(gòu)中無(wú)法釋放；而HDAC6被抑制時(shí)，僅出現(xiàn)部分滯留。這為DYNC1I1是病毒實(shí)現(xiàn)細(xì)胞質(zhì)入侵的關(guān)鍵樞紐提供了最直觀的證據(jù)，并最終確證：HDAC6并非IAV用以連接并利用動(dòng)力蛋白系統(tǒng)的唯一適配器。

果2：LC3蛋白而非完整自噬機(jī)制對(duì)IAV感染至關(guān)重要

為探究IAV如何利用動(dòng)力蛋白，作者首先利用基因敲除細(xì)胞系發(fā)現(xiàn)，缺失全部三種LC3蛋白（LC3A/B/C）會(huì)顯著抑制IAV感染，而缺失另一亞家族GABARAPs則無(wú)影響，這表明LC3s在IAV感染中具有獨(dú)特且關(guān)鍵的作用。進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)表明，三種LC3異構(gòu)體在功能上存在冗余，任一成員均能恢復(fù)LC3缺失細(xì)胞中的病毒感染能力。為研究其是否依賴于經(jīng)典自噬途徑，作者在缺失自噬關(guān)鍵蛋白（如ATG7、ATG13或ATG16L1）的細(xì)胞發(fā)現(xiàn)自噬核心蛋白的缺失并不影響病毒復(fù)制，證明LC3s促進(jìn)IAV感染的功能獨(dú)立于完整的自噬機(jī)制。更重要的是，研究人員構(gòu)建了多種LC3B突變體，發(fā)現(xiàn)即使是被改造為無(wú)法進(jìn)行脂化的LC3B變體，也同樣能有效支持IAV感染。這最終證實(shí)，LC3s是通過(guò)其非脂化的“I型”形式，以一種不依賴于自噬的全新機(jī)制，在IAV感染周期中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

結(jié)果3：LC3促進(jìn)IAV從LAMP1陽(yáng)性晚期內(nèi)體脫殼

本研究進(jìn)一步探究了LC3s在IAV感染周期中的具體作用環(huán)節(jié)。通過(guò)細(xì)胞質(zhì)入侵實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在缺失所有LC3s的細(xì)胞中，病毒的M1蛋白幾乎全部以點(diǎn)狀結(jié)構(gòu)被困于細(xì)胞內(nèi)，其狀況與使用藥物抑制內(nèi)體酸化的效果類似。共定位分析發(fā)現(xiàn)，M1主要與晚期內(nèi)體標(biāo)志物L(fēng)AMP1結(jié)合，與早期內(nèi)體標(biāo)志物SNX1幾乎無(wú)共定位，且共定位程度高于正常細(xì)胞，表明LC3缺失導(dǎo)致IAV被困于晚期內(nèi)體。此外，作者還排除了LC3s影響其他早期步驟的可能性，發(fā)現(xiàn)病毒與細(xì)胞表面的結(jié)合以及其內(nèi)吞過(guò)程在LC3s缺失的細(xì)胞中均未受影響。同時(shí)，其他依賴低pH內(nèi)體環(huán)境入侵的病毒（如HSV-1和VaV）在LC3s缺失細(xì)胞中的感染依然正常，這表明LC3s的缺失并未造成普遍的內(nèi)體功能缺陷，其對(duì)IAV感染的抑制是特異性的。

結(jié)果4：LC3在IAV細(xì)胞質(zhì)入侵過(guò)程中與vRNP及動(dòng)力蛋白1相互作用

為闡明LC3s分子層面的作用機(jī)制，作者通過(guò)免疫熒光發(fā)現(xiàn)，在IAV感染過(guò)程中，部分LC3斑點(diǎn)與病毒M1蛋白共定位，而使用Baf抑制內(nèi)體酸化則會(huì)顯著減少此共定位，證明LC3s被特異性招募至病毒vRNPs釋放的位點(diǎn)。同時(shí)，LC3還能與動(dòng)力蛋白1亞基DYNC1I1結(jié)合，且結(jié)合具有特異性-參與自噬體轉(zhuǎn)運(yùn)的驅(qū)動(dòng)蛋白KIF5B未在共沉淀產(chǎn)物中檢出，LC3也不與HDAC6結(jié)合，這些結(jié)果表明，在IAV細(xì)胞質(zhì)入侵過(guò)程中，LC3可作為橋梁，同時(shí)結(jié)合vRNP與動(dòng)力蛋白1，且該相互作用獨(dú)立于HDAC6介導(dǎo)的聚集體處理機(jī)制，形成一條新的動(dòng)力蛋白銜接途徑，為vRNP借助動(dòng)力蛋白實(shí)現(xiàn)細(xì)胞質(zhì)入侵提供直接分子連接。

結(jié)果5：動(dòng)力蛋白銜接蛋白PCNT是IAV細(xì)胞質(zhì)入侵的必需因子

本研究旨在揭示連接LC3s與動(dòng)力蛋白1（Dynein 1）的關(guān)鍵適配器蛋白。通過(guò)在感染IAV的細(xì)胞中進(jìn)行LC3免疫共沉淀及質(zhì)譜分析，研究人員鑒定出15個(gè)已知能與動(dòng)力蛋白相互作用的候選蛋白。隨后，通過(guò)siRNA逐一敲低這些候選基因并進(jìn)行功能篩選，發(fā)現(xiàn)其中PCNT（ pericentrin ）的缺失能顯著抑制IAV復(fù)制。進(jìn)一步的細(xì)胞質(zhì)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)證實(shí)，敲低PCNT會(huì)特異性地阻礙病毒顆粒在內(nèi)體中的脫殼過(guò)程，導(dǎo)致病毒M1蛋白更多地滯留于晚期內(nèi)體/溶酶體中，但其滯留程度弱于直接敲低動(dòng)力蛋白亞基DYNC1I1，提示PCNT在此過(guò)程中起部分作用。此外，PCNT的缺失并不影響病毒對(duì)細(xì)胞的附著與內(nèi)吞，也不影響其他病毒（如HSV-1和VaV）的感染，表明其功能具有IAV特異性。

結(jié)果6：IAV感染不依賴于PCNT在中心體組裝中的作用

為探究PCNT蛋白在IAV感染中的具體作用機(jī)制，首先，研究人員使用藥物抑制中心體組裝，發(fā)現(xiàn)這確實(shí)會(huì)顯著抑制IAV感染，提示中心體結(jié)構(gòu)可能與病毒感染有關(guān)。然而，PCNT存在兩種剪接異構(gòu)體（PCNTS和PCNTB），實(shí)驗(yàn)證明兩者均能有效恢復(fù)PCNT缺失細(xì)胞中的IAV感染能力，表明它們?cè)诠δ苌暇哂腥哂嘈浴榱酥苯訖z驗(yàn)PCNT的病毒相關(guān)功能是否依賴于其定位至中心體的能力，研究人員構(gòu)建了缺失PACT結(jié)構(gòu)域的PCNT突變體。令人意外的是，即使無(wú)法定位到中心體，這種突變體依然能夠有效支持IAV感染。此外，研究還證實(shí)，敲低PCNT、LC3s或動(dòng)力蛋白亞基DYNC1I1，并不會(huì)影響微管網(wǎng)絡(luò)或中心粒的正常組織結(jié)構(gòu)，排除了因細(xì)胞結(jié)構(gòu)破壞間接影響病毒感染的潛在可能。這些結(jié)果表明PCNT在促進(jìn)IAV感染過(guò)程中的功能是獨(dú)立于其在中心體組裝中的經(jīng)典作用的。

結(jié)果7：LC3與PCNT形成介導(dǎo)IAV細(xì)胞質(zhì)入侵的動(dòng)力蛋白銜接復(fù)合物

本研究最終闡明了LC3s與PCNT在IAV脫殼過(guò)程中的協(xié)同作用機(jī)制。基因敲低實(shí)驗(yàn)顯示，同時(shí)沉默PCNT和LC3s對(duì)病毒感染的抑制效果并未疊加，表明二者作用于同一通路。反之，同時(shí)沉默PCNT和HDAC6則能強(qiáng)烈抑制感染，效果與直接敲低動(dòng)力蛋白亞基DYNC1I1相當(dāng)，這確證了PCNT/LC3和HDAC6是兩條獨(dú)立且功能冗余的動(dòng)力蛋白依賴通路。這種機(jī)制在不同IAV亞型中存在差異：H1N1和H5N1同時(shí)利用這兩條通路，而H3N2主要依賴LC3-PCNT模塊，提示病毒亞型演化出了不同的細(xì)胞質(zhì)入侵策。為了確定 PCNT 是否是促進(jìn) IAV 與 LC3 一起脫衣的動(dòng)力蛋白 1 接頭，我們?cè)诤谋M PCNT 的 atg7?/? 細(xì)胞中使用 LC3 抗體進(jìn)行了IP，發(fā)現(xiàn)病毒vRNP與LC3s結(jié)合，而PCNT作為關(guān)鍵銜接橋，一端與LC3s（進(jìn)而間接連接vRNP）關(guān)聯(lián)，另一端直接結(jié)合動(dòng)力蛋白亞基DYNC1I1。值得注意的是，PCNT的缺失并不影響LC3s被招募至病毒所在的內(nèi)體，但會(huì)導(dǎo)致LC3s與病毒蛋白在內(nèi)體上的滯留增加。這些數(shù)據(jù)揭示了LC3s和PCNT形成了一個(gè)獨(dú)立的動(dòng)力蛋白適配器復(fù)合物，該復(fù)合物與HDAC6通路并行，共同介導(dǎo)病毒顆粒在內(nèi)體上的脫殼及其后續(xù)的細(xì)胞質(zhì)侵入。

本研究首次揭示了一條全新的、獨(dú)立的脫殼機(jī)制：自噬蛋白LC3s與中心體蛋白PCNT在內(nèi)體上形成一個(gè)銜接復(fù)合體，該復(fù)合體能直接“挾持”細(xì)胞內(nèi)的動(dòng)力蛋白（Dynein 1），從而將病毒基因組成功“拽”入細(xì)胞質(zhì)。尤為重要的是，LC3s和PCNT在此過(guò)程中的功能完全獨(dú)立于它們已知的自噬和中心體組裝功能。當(dāng)同時(shí)抑制這條新通路和已知的APM通路時(shí)，對(duì)病毒感染的抑制作用最強(qiáng)，證明IAV進(jìn)化出了兩條功能冗余的“雙保險(xiǎn)”策略來(lái)劫持宿主細(xì)胞的動(dòng)力系統(tǒng)，以確保其成功入侵。這項(xiàng)研究極大地深化了我們對(duì)流感病毒生命周期的理解，并為開(kāi)發(fā)針對(duì)病毒入侵環(huán)節(jié)的新型廣譜抗病毒策略提供了全新的潛在靶點(diǎn)。

原文鏈接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40498831/

DOI:10.1126/sciadv.adu7602

來(lái)源：ZhaoSunLab

編輯：吃一口小貓