一次感染“预警”全场：TRIM5α识别HIV衣壳后如何启动广谱抗病毒状态？

Reporter THP1 Cell Line 细胞系是以 THP-1 为工具细胞，采用慢病毒感染的方式，构建稳定表达报告基因的细胞系，可用于检测信号通路转导。在被PMA、INF-α等刺激后，目标信号通路被激活，会启动下游特定基因的表达，这个表达过程会同时带动“报告基因”的表达。通过检测报告基因的信号强度，可以间接、定量、灵敏地衡量该信号通路的激活程度。

THP-1细胞本身来源于人单核细胞，可以分化为巨噬细胞样细胞，是研究先天免疫的经典模型。报告基因株的建立使其功能更强大。THP-1报告基因株是免疫学、炎症性疾病、药物研发等领域不可或缺的强大工具。它可以将一个复杂的、内在的生物学过程(信号通路激活/基因表达)转变为一个易于检测、可定量的物理信号(光或荧光)。这使得研究人员能够高通量地筛选药物，精确地量化免疫反应强度，直观地研究信号通路机制。

基本信息

英文标题：HIV-1 capsids from B27/B57+ elite controllers escape Mx2 but are targeted by TRIM5α, leading to the induction of an antiviral state

中文标题：来自B27/B57+精英控制者的HIV-1衣壳逃避Mx2但被TRIM5α靶向，从而诱导抗病毒状态

发表期刊：《PLOS Pathogens》

影响因子：4.9

作者单位：

1.Laboratory of antiviral immunity, Department of medical biology, Université du Québec à Trois-Rivières, Trois-Rivières, Quebec, Canada

2.Department of microbiology, infectiology and immunology, Centre de Recherche du Centre Hospitalier de l'Université de Montréal, Montréal, Canada

Kuwait

作者信息：

第一作者：Natacha Merindol

通讯作者：Lionel Berthoux

研究背景

精英控制者(ECs)是一类罕见的HIV-1感染者，能在无抗病毒治疗下维持病毒血症低于检测限。HLA-B27/B57等位基因通过促进CD8+ T细胞毒性淋巴细胞(CTL)清除感染细胞，在ECs中发挥关键作用。CTL压力驱动病毒衣壳(CA)出现逃逸突变。CA同时也是固有免疫限制因子Mx2和TRIM5α的靶标。然而，这些CTL逃逸突变是否影响CA被固有免疫传感器识别尚不清楚。本研究旨在探讨来自B27/B57+ ECs的HIV-1 CA对Mx2和TRIM5α的敏感性差异，以及TRIM5α识别后是否触发抗病毒信号通路，从而抑制后续感染。

研究方法

从加拿大慢进展者队列中获取B27/B57+ ECs及对照(非B27/B57正常进展者)血浆，扩增CA序列并克隆至NL4-3骨架构建携带GFP或DsRed的报告病毒。在THP-1和Jurkat细胞中通过shRNA敲低或CRISPR-Cas9敲除TRIM5α或Mx2，经IFN-β处理后感染上述嵌合病毒，流式细胞术检测感染率，计算限制倍数。通过连续两次感染(先感染DsRed病毒，48h后感染GFP病毒)评估抗病毒状态。使用AT-2化学灭活病毒或构建不含病毒RNA的空颗粒(EV)探讨是否需要 productive感染。利用信号通路抑制剂(BX795、BAY11-7085、SP600125)、中和抗体(抗IFNα/βR2)、shRNA敲低(TAK1、Ubc13)及ELISA检测IFN-β，结合免疫荧光检测p-p65和p-cJun核转位，揭示下游机制。

实验结果

图 1：B27/B57+个体来源的CA携带更多CTL逃逸突变及TRIM5α敏感相关突变

对9名B27/B57+和9名对照的CA序列分析显示，B27/B57+组平均突变数7.2个，对照组4.4个(p=0.0499)。B27/B57+组中CTL逃逸/补偿突变比例显著更高(p=0.0077)，Mx2逃逸相关突变(G116A等)也更多(p=0.0176)，而TRIM5α敏感相关突变比例约为对照组的两倍(p=0.0335)，提示CTL压力可能改变了CA对固有免疫因子的敏感性。

图 2：B27/B57+来源的HIV-1衣壳逃避Mx2但对TRIM5α高度敏感

在THP-1细胞中敲低Mx2或TRIM5α后感染嵌合病毒，计算限制倍数。B27/B57+来源病毒的Mx2限制倍数(均值1.43)显著低于对照组(3.30，p=0.0411)，而TRIM5α限制倍数(13.79)显著高于对照组(2.11，p=0.0043)。在TRIM5α敲除的THP-1和Jurkat细胞中，B27/B57+来源病毒的限制倍数分别比对照组高约2-3倍(p=0.0005和p=0.001)。表明CTL逃逸突变使病毒逃避Mx2但成为TRIM5α的良好靶标。

图 3：TRIM5α识别敏感病毒后诱导抗病毒状态，抑制后续感染

设计两次连续感染实验：先感染DsRed标记的嵌合病毒(病毒1)，48h后再感染GFP标记的病毒(病毒2)。在表达TRIM5α的对照细胞中，预先感染TRIM5α敏感病毒(如NRC10或EC5-2)可显著降低病毒2(无论是否TRIM5α敏感)的感染率(NRC1：p<0.0001;NRC10：p=0.0002)。而在TRIM5α敲除细胞中这种抑制明显减弱。病毒1被TRIM5α抑制的程度与病毒2的抑制强度呈显著正相关(Spearman r=0.6497，p=0.0003)，说明TRIM5α介导的识别可诱导广谱抗病毒状态。

图 4：抗病毒状态的诱导不需要productive感染

使用AT-2化学灭活病毒(保持衣壳完整但无法完成逆转录)作为病毒1，仍能诱导出与活病毒相当水平的抗病毒状态。但使用不含病毒RNA的空颗粒(EV)时，诱导能力显著减弱。表明TRIM5α与CA的物理相互作用足以启动信号，但病毒RNA可能也参与增强这一过程。

图 5：抗病毒状态依赖于Ubc13、TAK1、TBK1及I型干扰素信号

敲低TAK1或Ubc13可显著削弱抗病毒状态。TBK1/IKKε抑制剂BX795同样阻断抗病毒状态。在THP-1细胞中，抗IFNα/βR2中和抗体几乎完全消除抗病毒状态，且感染敏感病毒后TRIM5α表达细胞上清中IFN-β水平显著升高(p=0.0270)。在Jurkat细胞中未检测到IFN-β，说明存在细胞类型依赖的效应机制。

图 6：NF-κB和AP-1在THP-1细胞中被激活并参与抗病毒状态

免疫荧光显示，表达TRIM5α的THP-1细胞感染敏感病毒(NRC10)后，磷酸化p65(NF-κB)和cJun(AP-1)明显向核内转位;而TRIM5α敲除细胞或感染不敏感病毒(NL4-3)时无此现象。Raltegravir抑制整合不影响激活，而空颗粒(EV)也无显著激活。使用NF-κB抑制剂BAY11-7085或AP-1抑制剂SP600125处理，均能阻断抗病毒状态的建立，证实这两个转录因子是关键下游介质。

研究结论

本研究揭示，在HLA-B27/B57+精英控制者中，CTL压力驱动的HIV-1衣壳突变(尤其是G116A等)使病毒逃避Mx2限制，但同时增强了对人TRIM5α的敏感性。TRIM5α识别这些敏感衣壳后，通过Ubc13-TAK1-TBK1信号轴激活NF-κB和AP-1，并在THP-1细胞中诱导I型干扰素产生，从而建立一种广谱抗病毒状态，能抑制后续不依赖于TRIM5α的HIV-1感染。该机制将适应性免疫(CTL)与固有免疫(TRIM5α)联系起来，为精英控制者自然控制病毒提供了新的解释，并提示模拟TRIM5α识别的人工病毒颗粒可能成为新型HIV-1预防或治疗策略的基础。