新冠肺炎疫情的大爆发给我们敲响警钟，未来病毒感染、细菌感染可能越来越复杂，机体如何调控对病毒的抵抗力已成为一大研究重点和热点。 

　　乙型肝炎病毒是一种典型的 DNA 病毒，由它导致的乙型肝炎是可能危及生命的肝脏感染。它是一个主要全球卫生问题，可造成慢性感染。乙肝患者死于肝硬化和肝癌的风险很高。 

　　已有安全有效的疫苗，对乙肝的保护程度可达 98%-100%。但是，机体对 DNA 病毒的先天性免疫反应很大程度上仍是谜团重重。近日，武汉大学舒红兵院士的研究让我们对这个问题的了解更进一步 —— 

　　图片来源：站酷海洛 Plus 

　　目前已知环鸟苷酸 - 腺苷酸合成酶 (cGAS) 是一种核酸转移酶，在哺乳动物中具有 DNA 感受器的功能，能识别胞质 DNA 并产生 cGAMP，激活干扰素刺激蛋白 (STING)，调控下游的 I 型干扰素 (IFN) 和其他细胞因子的分泌，启动机体的先天免疫反应（cGAS-STING 通路）。cGAS 不仅能够抗病毒，也能抵抗细菌的感染。cGAS 如何调控，以在合适的时间空间维度上发挥作用尚未研究清楚。 

　　2020 年 8 月 17 日，武汉大学中南医院舒红兵院士团队在 PNAS 杂志上在线发表了题为 KAT5 acetylates cGAS to promote innate immune response to DNA virus 的研究成果。 该研究发现乙酰转移酶 KAT5 介导了 DNA 病毒感染后 cGAS 的乙酰化，从而导致 cGAS 对病毒 DNA 的亲和力增强，促进机体的先天性免疫抗病毒反应。 

　　图片来源：PNAS  研究内容 

　　1. KAT5 正向调节 cGAS 介导的先天免疫信号传导 

　　已有研究报道乙酰化 cGAS 的 C 端催化域（C-terminal catalytic domain, CCD）能够实现 cGAS 活性调节，研究人员检查了 13 个 KAT 家族的乙酰转移酶以确定参与调节 cGAS 介导的先天免疫应答的乙酰转移酶。 研究发现 KAT5 过表达特异性地促进 cGAS 介导的干扰素刺激应答元件（ISRE）活化。qPCR 分析表明，KAT5 过表达增强了下游抗病毒基因的转录，包括 DNA 病毒单纯疱疹病毒 1（HSV-1）诱导的 IFNB1，CXCL10 和 IL6。此外，在人单核细胞 THP-1 中敲降 KAT5 能明显抑制 HSV-1 和转染 dsDNA 诱导的下游 IFNB1，CXCL10 和 IL6 基因转录。 这些结果表明，KAT5 正调控 DNA 病毒和胞质 dsDNA 触发的先天免疫信号传导。  

　　图片来源：PNAS 

　　2. KAT5 直接靶向 cGAS 

　　为了确定 KAT5 的靶标，研究人员检查了 KAT5 缺乏对 cGAMP 合成的影响。结果发现敲降 KAT5 可显著降低 HSV-1 诱导的 cGAMP 产生，但对 cGAMP 诱导的下游 IFNB1 和 CXCL10 基因转录以及 TBK1 和 IRF3 的磷酸化没有明显影响。这些结果表明，KAT5 在 cGAS 级别上起作用。 

　　图片来源：PNAS 

　　3. KAT5 介导 cGAS N 端非结构域的乙酰化 

　　接下来，研究人员发现 KAT5 增强了包含 N 末端 160aa 的 cGAS 截断突变体的乙酰化作用。研究人员进一步确定 KAT5 靶向 cGAS 的哪些赖氨酸残基，结果发现将 K47，K56，K62 或 K83 突变为精氨酸会降低 cGAS 激活 ISRE 的能力，而同时将 cGAS 的所有这四个赖氨酸突变为精氨酸更进一步削弱了 cGAS 激活 ISRE 的能力。  

　　图片来源：PNAS 

　　为进一步探索内源性 cGAS 在这些赖氨酸残基上的乙酰化作用，研究人员利用在人 cGAS 的 K47，K56，K62 和 K83 位点进行乙酰化修饰的合成肽，生成了位点特异性抗体。结果发现 HSV-1 感染 3 至 9 小时后，cGAS 乙酰化作用随特异性抗体以及泛乙酰化抗体而增加，在 KAT5 敲降细胞中明显降低。这些结果表明，KAT5 在 cGAS 的 N 端结构域的多个残基包括 K47，K56，K62 和 K83 处乙酰化 cGAS。 

　　图片来源：PNAS 

　　4. cGAS 的乙酰化增强其与病毒 DNA 结合能力 

　　接下来，研究人员探索了 cGAS 乙酰化如何调节其活性，结果发现 KAT5 过表达增加 cGAS 与 DNA HSV120 结合。不仅如此，研究人员发现 KAT5 乙酰化的 cGAS 与 Cy5-HSV60 结合，其亲和力比未乙酰化的 cGAS 与 HSV60 的亲和力高约 17 倍。已知 cGAS 与 DNA 的结合会触发 cGAS-DNA 的液相分离并在细胞质中形成 cGAS 病灶。在 KAT5 敲降细胞中，含有 cGAS 病灶的细胞比例显著降低。这就表明 KAT5 介导的 cGAS 乙酰化促进了其 DNA 结合能力和活性。 

　　图片来源：PNAS 

　　5. KAT5 对于 cGAS 介导的体内抗病毒反应非常重要 

　　为研究 KAT5 在体内 cGAS 介导的抗病毒应答中的作用，研究人员获得了一种敲入小鼠品系，其中野生型 Kat5 等位基因被 Kat5-S86A 突变体替代，因此表达 KAT5^S86A 蛋白不能被磷酸化，导致 KAT5 乙酰转移酶活性衰减。qPCR 分析表明，在 Kat5^{SA / SA} 骨髓巨噬细胞（BMDMs）中，由 HSV-1 和 DNA 病毒鼠巨细胞病毒（MCMV）或转染 dsDNA 诱导的下游 Ifnb1，Cxcl10 和 Il6 基因转录受到显著抑制。因而，KAT5 在小鼠免疫细胞中增强了 cGAS 介导的抗病毒应答。  

　　图片来源：PNAS 

　　随后研究人员将年龄和性别匹配的野生型和 Kat5^{SA / SA} 小鼠腹膜内感染 HSV-1 或 MCMV，结果发现与野生型小鼠相比，Kat5^{SA / SA} 血清中 HSV-1 和 MCMV 诱导的 IFN-β，CXCL10 和 IL-6 的产生受到严重损害。在感染 HSV-1 后第 5 天，Kat5^{SA / SA} 小鼠大脑中的病毒滴度明显高于野生型小鼠。此外，与野生型小鼠相比，Kat5^{SA / SA} 小鼠更容易遭受 HSV-1 诱导的死亡。这些结果表明，KAT5 在宿主体内针对 DNA 病毒的防御中起重要作用。  

　　图片来源：PNAS 

　　研究意义  cGAS 通过乙酰化和脱乙酰化来调节先天性抗病毒反应。在未感染的细胞中，cGAS 在 K384/394/414 位被未知的乙酰转移酶乙酰化，抑制 cGAS 活性。DNA 病毒感染后，cGAS 脱乙酰化，从而解除对 cGAS 的抑制作用。这时，乙酰转移酶 KAT5 能够在其 N 末端 K47/52/62/83 位乙酰化 cGAS，导致其对病毒 DNA 的亲和力增加，以有效诱导先天性抗病毒反应。 

　　该研究揭示了乙酰转移酶 KAT5 介导了 DNA 病毒感染后 cGAS N 末端的乙酰化，进一步完善了 KAT5 乙酰化 cGAS→cGAS 对病毒 DNA 亲和力提高→cGAMP 生成增多→STING 活化水平提高→下游 IFN 和其他细胞因子分泌增多→机体免疫反应增强的信号通路。 这项研究有助于了解先天抗病毒反应的微妙调控机制，而这些机制的操纵可能有助于我们发现传染性和炎性疾病的新疗法。  

   （来源：丁香学术） 

　　参考文献： 

　　1，Dai Jiang,Huang Yi-Jiao,He Xinhua et al. Acetylation Blocks cGAS Activity and Inhibits Self-DNA-Induced Autoimmunity. Cell, 2019, 176: 1447-1460.e14. 

　　2，Song Z-M, Lin H, Yi X-M, Guo W, Hu M-M, Shu H-B. KAT5 acetylates cGAS to promote innate immune response to DNA virus. Proceedings of the National Academy of Sciences 2020:201922330. 

　　3，P. Xia et al., Glutamylation of the DNA sensor cGAS regulates its binding and synthase activity in antiviral immunity. Nat. Immunol. 17, 369–378 (2016). 

　　链接：https://mp.weixin.qq.com/s/I-Fw6Ex881biQuWsncobLg