丙型肝炎病毒調控ADAR1逃避先天免疫的機制研究

王本鑫，王福義，孟凡鑫

沈陽醫學院附屬中心醫院檢驗科，遼寧沈陽 110024

丙型肝炎病毒(HCV)感染已經成為嚴重的公共衛生問題[1]。HCV感染在大多數感染者中為慢性感染，是肝細胞癌的主要原因之一[2]。HCV感染發生在肝細胞內，因此HCV的免疫防御第一線依賴于肝細胞的內在先天免疫[3]。干擾素(IFN)的表達驅動數百種干擾素刺激基因(ISG)的表達，這些ISG編碼先天的免疫效應子，這些效應子也控制著病毒的復制和傳播[4]。影響HCV感染的基因包括不同的IRF家族成員、信號轉導因子和其他未知作用機制的ISG，例如ADAR1[5]。已有研究表明，ADAR1能夠幫助HCV逃避宿主的先天免疫[6]，但是其中的機制尚不明確。基于此，本研究旨在探討HCV調控ADAR1逃避先天免疫的潛在機制。

1 材料與方法

1.1細胞來源及主要試劑 Huh7細胞購自深圳市益百順科技有限公司(貨號：Huh-7)。引物和DNA探針購自Life Technologies公司。miRNA mimics,miRNA inhibitor、siRNA均由上海吉凱基因化學技術有限公司合成。DMEM培養基購自深圳市益百順科技有限公司(貨號：XBPY)。HCV Jc1病毒受贈于武漢病毒所。QuickextractTMRNA提取試劑盒購自藍景科信(北京)技術有限公司(貨號：QER090150)。DNaseI購自北京普益華科技有限公司(貨號：AMPD1-1KT)。PrimeScript RT預混液購自Takara公司(貨號：RR036Q)。NucleoSpin RNAⅡ試劑盒購自Gene公司(貨號：740945.50)。ADAR1的3′端非編碼區由Huh7細胞基因組擴增并插入pMIR載體中構成，并命名為ADAR1-3′UTR-WT。ADAR1-3′UTR-MT為ADAR1的3′端非編碼區中miRNA靶向區域的堿基突變形式。

1.2方法

1.2.1細胞培養與轉染 Huh7細胞用含10%胎牛血清(FBS)的DMEM培養基培養，并補充葡萄糖(4.5 g/L)、2 mmol/L 1-谷氨酰胺、1 mmol/L丙酮酸鈉和1X MEM非必需氨基酸，將細胞放于37 ℃、5%CO2的培養箱中培養。將miRNA mimics、miRNA inhibitor、siRNA與Lipofectamine 2000試劑混合，終濃度為100 nmol/L，靜置20 min。然后，將復合物與2×105個細胞混合，并在不存在血清的情況下使用OPTIMEM培養基接種到24孔板中。24 h后，加入含血清的培養基。轉染后48 h，用乙二胺四乙酸(EDTA)溶液分離細胞，計數并以適當濃度接種以進行病毒感染。同時，通過測量RNA表達和蛋白質表達來評估敲除表型。在檢測ADAR1對HCV感染影響的實驗中，敲低GFP為對照組，敲低ADAR1為敲低組。在檢測HCV感染對ADAR1表達影響的實驗中，HCV感染細胞為HCV組，對照為沒有任何處理的MOCK組。在轉染miRNA mimics或miRNA inhibitor的實驗中，轉染miRNA mimics或miRNA inhibitor的為實驗組，轉染negative control的為對照組。在檢測miRNA是否靶向ADAR1 3′端非編碼區的實驗中，轉染ADAR1-3′UTR-WT的為野生組，轉染ADAR1-3′UTR-MT的為突變組。

1.2.2HCV的生產 使用HCV Jc1病毒感染Huh7細胞，感染復數(MOI)為0.02，病毒復制5 d后通過定量感染細胞中的HCV RNA進行檢測。按照制造商的操作規程，使用QuickextractTMRNA提取試劑盒規程提取HCV感染細胞的總細胞RNA，包括DNaseⅠ處理步驟，提取的RNA保存在—80 °C冰箱中待測，然后用PrimeScript RT預混液將1 μg的總RNA反轉錄為cDNA，將該cDNA用于Taqman定量PCR，并使用HCV 5′NC6引物和探針對病毒HCV RNA進行轉錄本的檢測。

1.2.3RNA抽取與實時熒光定量PCR 為了進行相對mRNA定量，按照制造商的建議，使用NucleoSpin RNAⅡ試劑盒提取RNA，包括DNaseⅠ處理步驟。反轉錄酶使用PrimeScriptTMRT-PCR試劑盒進行。通過兩步定量RT-PCR測量所有基因的mRNA相對水平，并使用2—ΔCt方法將其標準化為GAPDH mRNA表達。

1.2.4免疫印跡 將細胞在冰冷的磷酸鹽(PBS)緩沖液中沖洗，并在裂解緩沖液(50 μmol/L Tris HCl pH值7.5、1 μmol/L EDTA，1 μmol/L EGTA，1 μmol/L Na3VO4、10 μmol/L β-甘油磷酸鈉，50 μmol/L NaF中制備提取物，添加270 μmol/L蔗糖和1%Triton X-100)，并添加蛋白酶抑制劑(Roche)和1 μmol/L苯基甲基磺酰氟。將裂解物進行聚丙烯酰胺凝膠電泳(SDS-PAGE)，并轉移至聚偏二氟乙烯(PVDF)膜。

2 結 果

2.1ADAR1抑制HCV感染Huh7細胞后的先天免疫 使用siRNA敲低ADAR1后(圖1)，敲除組炎癥因子和干擾素的mRNA水平較對照組均表達上升，差異有統計學意義(P<0.05)，見表1。同時，與對照組比較，敲低組中IFNγ的分泌水平上升，HCV的復制水平下降，差異有統計學意義(P<0.05)，見表2和表3。

圖1 siRNA敲低ADAR1的效率

表1 敲低ADAR1后HCV基因組的相對水平

表2 敲低ADAR1后IFNγ的分泌水平

表3 敲低ADAR1后炎癥因子和干擾素的相對mRNA水平(siADAR1/control)

續表3 敲低ADAR1后炎癥因子和干擾素的相對mRNA水平(siADAR1/control)

2.2HCV感染后ADAR1的表達水平 與MOCK組比較，HCV組的ADAR1mRNA水平和蛋白水平均明顯上升，差異有統計學意義(P<0.05)，見圖2和表4。但是，ADAR1的啟動子活性沒有明顯變化，差異無統計學意義(P>0.05)，見表5。

圖2 HCV感染后ADAR1的表達水平

表4 HCV感染后ADAR1 mRNA的相對表達水平

表5 HCV感染后ADAR1啟動子的活性

2.3hsa-miR-135a-5p和hsa-miR-135b-5p靶向ADAR1的3′端非編碼區 miRDB在線分析發現有多種潛在靶向ADAR1的miRNA。HCV感染Huh7細胞后，通過實時熒光定量PCR檢測上述miRNA，與對照組比較，hsa-miR-613、hsa-miR-206、hsa-miR-135b-5p、hsa-miR-135a-5p、hsa-miR-6803-5p、hsa-miR-4530、hsa-miR-3915的表達水平均下降，差異有統計學意義(P<0.05)，見表6。在Huh7細胞中過表達上述miRNA后，與對照組比較，hsa-miR-135b-5p和hsa-miR-135a-5p能夠在mRNA水平減少ADAR1的表達，差異有統計學意義(P<0.05)，見表7。同時，過表達hsa-miR-135a-5p或hsa-miR-135b-5p后，與突變組比較，野生組的熒光素酶相對活性明顯下降，差異有統計學意義(P<0.05)，見表8。過表達hsa-miR-135a-5p或miR-135b-5p后，與對照組比較，ADAR1 的表達水平均下降，IFNγ的分泌水平上升，HCV的復制水平下降，差異有統計學意義(P<0.05)；敲低hsa-miR-135a-5p或miR-135b-5p后，與對照組比較，ADAR1 的表達水平均上升，IFNγ的分泌水平下降，HCV的復制水平上升，差異有統計學意義(P<0.05)，見圖3、表9、表10和表11。

表6 HCV感染后miRNA的相對表達水平

續表6 HCV感染后miRNA的相對表達水平

表7 過表達miRNA后ADAR1的相對表達水平

注：A為過表達hsa-miR-135a-5p后ADAR1的蛋白表達水平；B為敲低hsa-miR-135a-5p后ADAR1的蛋白表達水平；C為過表達hsa-miR-135b-5p后ADAR1的蛋白表達水平；D為敲低hsa-miR-135b-5p后ADAR1的蛋白表達水平。

表8 過表達hsa-miR-135a-5p后熒光素酶的活性

表9 過表達hsa-miR-135b-5p后熒光素酶的活性

表10 hsa-miR-135a-5p、hsa-miR-135b-5p調控Huh7細胞IFNγ的分泌

表11 hsa-miR-135a-5p、hsa-miR-135b-5p調控Huh7細胞中HCV的復制

3 討 論

HCV感染后，宿主誘導IFN介導一線防御限制病毒復制，這主要由Ⅰ型IFN介導，并通過誘導多種ISG引起其抗病毒作用[7]。但是，HCV采用了多種策略來逃避宿主的先天免疫監視[8-9]。盡管在某些情況下免疫反應可以清除HCV，但HCV通常會導致慢性感染，最終導致肝病和肝細胞癌[10]。本研究敲低ADAR1后，炎癥因子和干擾素的mRNA水平均上升，INFγ的分泌水平上升，HCV的復制水平下降，差異有統計學意義(P<0.05)。因此，HCV逃避宿主先天免疫的策略之一是操控ADAR1。

在本研究中，HCV感染Huh7細胞后，ADAR1在mRNA水平和蛋白水平均明顯上升，差異有統計學意義(P<0.05)。但是，ADAR1的啟動子活性沒有明顯變化，差異無統計學意義(P>0.05)。因此，HCV調控ADAR1的水平可能是在mRNA水平上。miRNA是短的RNA序列(19～22 nt)，當miRNA的種子區加入信使的3′UTR區時，它調節靶mRNA的翻譯，特別是誘導其沉默或降解[11]。miRNA參與組織發育、分化、細胞增殖、組織修復及病理過程[12]。因此，ADAR1的表達水平在HCV感染后可能受到miRNA的調控。過表達miR-135a-5p或miR-135b-5p后，ADAR1 的表達水平均下降，IFNγ的分泌水平上升，HCV的復制水平下降，差異有統計學意義(P<0.05)；敲低miR-135a-5p或miR-135b-5p后，ADAR1 的表達水平均上升，IFNγ的分泌水平下降，HCV的復制水平上升，差異有統計學意義(P<0.05)。因此，HCV能夠通過操縱宿主的miRNA促進ADAR1的表達和功能的發揮。

ADAR催化雙鏈RNA底物中腺苷(A)向肌苷(I)的轉化，這一過程具有廣泛的生理作用[13]。人體中存在3種ADAR酶，包括ADAR1、ADAR2、ADAR3[14]。已證明ADAR1在生理和病理狀況(包括感染、自身免疫性疾病和癌癥)中起著更重要的作用[15]。據報道，對ADAR1的抑制刺激了HCV RNA的產生[16]，這表明ADAR1在感染性病毒細胞培養系統中也是HCV與宿主相互作用的重要影響因素。尚不清楚ADAR1在HCV感染中抗病毒作用的確切機制。但是，已有研究報道ADAR1可以調節HCV感染細胞中的PKR激活狀態，從而抑制IFN刺激的細胞蛋白合成，但不能抑制HCV IRES依賴性病毒蛋白合成[17]。此外，HCV還通過調節PKR激活來控制IFN的產生[18]。通過eIF2介導的翻譯抑制作用，在JFH1 HCV感染的Huh細胞中發生PKR介導的IFN誘導抑制作用[19]。因此，筆者猜測ADAR1在HCV感染的情況下是通過以下機制組合產生抗病毒作用：HCV RNA的A至I編輯通過病毒編碼序列的突變降低HCV蛋白表達，以及ADAR1的編輯通過抑制干擾素和ISG來阻止HCV復制。

綜上所述，HCV感染后，Huh7細胞中hsa-miR-135a-5p和miR-135b-5p的表達水平下降，其靶向ADAR1 mRNA的3′端非編碼區的水平下降，隨后ADAR1的表達水平上升，抑制了宿主的先天免疫，促進了HCV的復制。