另闢蹊徑！RNA“插手”後 防禦病毒不再依賴免疫系統_風聞

來源：科技日報 2019-9-5

　本報記者 張佳星

　　近日，《科學》雜誌在線發表了曹雪濤團隊的重大成果，他們首次提出並證實新型表觀代謝抗病毒機制。

　　在生物學的“中心法則”裏，核糖核酸（RNA）一直飾演信息傳遞者、裝配工具的角色，多年未擺脱“跑龍套”的定位。隨着表觀遺傳學的誕生與發展，人們逐漸意識到跑了多年龍套的RNA其實法力無邊，堪比“暗黑教主”。

曹雪濤，中國工程院院士，南開大學校長

　　近日，《科學》雜誌在線發表了中國工程院院士、南開大學校長曹雪濤團隊的最新論文《m6A RNA修飾介導的細胞代謝重塑抑制病毒複製》，他們進一步證實了RNA調控的強大力量，研究表明通過RNA的甲基化修飾（添加或去除甲基基團改變遺傳物質活性和構象）能夠改變細胞代謝狀態和影響代謝產物，最終抑制了病毒複製。

　　這一將表觀遺傳與代謝領域相連接的新發現，創造性地證實了一種全新的表觀代謝機制，也從抗病毒的角度表明，細胞在不依賴天然免疫的情況下，可以經由RNA表觀調控的途徑，抵禦病毒感染，具備“內外兼修”的抗病毒戰略。

　　另闢蹊徑 尋找免疫非依賴的抗病毒路徑

　　“天然免疫功能促成干擾素的產生是機體抗病毒的主要方式，這種方式目前研究得相對透徹，但臨牀上的一些現象引發了我們對天然免疫非依賴的抗病毒機制的思考。例如干擾素進行抗病毒治療的效果有限，且可能僅對一部分人有效。”曹雪濤表示，這表明，產生干擾素一定不是唯一的抗病毒途徑，可能存在其他的非經典的抗病毒路徑，甚至是不依賴於免疫系統的抗病毒模式。

　　帶着來自臨牀的科研問題，上述論文第一作者、中國醫學科學院基礎醫學研究所免疫學系博士生劉洋開啓了一個與免疫學實驗室中有些“大相徑庭”的探索——尋找免疫非依賴的抗病毒路徑。

　　原創性科研成果的發現很像“探礦”。在已經被同行摸透的研究領域，要另闢蹊徑到科研的“不毛之地”，才能尋找到答案。

　　“在大的科學框架下，我們要選擇一個方向入手。當年RNA修飾才被學界關注不久，該領域還有很多科學問題尚是空白。”劉洋回憶，當時RNA的甲基化修飾也剛剛被發現既可以“甲基化”也可以“去甲基化”，證明機體可以通過對RNA修飾的動態調整來調控生命活動。

　　那麼，它們調控的生命活動中有沒有和抗病毒相關的呢？曹雪濤團隊在國家自然科學基金委基礎科學中心項目、中國醫學科學院醫學與健康科技創新工程資助下，決定開始進行篩選。

　　在一個完全未知的領域探索，最困惑的是“第一步”邁向哪裏。在曹雪濤的指導下，劉洋選擇了在哺乳動物體內發生頻繁的一種甲基化修飾類型進行研究。劉洋解釋，普遍存在意味着它是重要的。

　　為了判斷“第一步”的方向對不對，劉洋對病毒感染的細胞進行“摸脈”。“我希望看到的是病毒感染後，病毒的含量和甲基化修飾的程度是相關聯的。”

　　“RNA修飾相關的研究技術比較難，修飾水平的檢測雖然是個小實驗，但是我們的實驗室之前並沒有做過，如何檢測之前並沒有經驗。”劉洋説，從免疫走出去，需要學習很多新的技術。

　　通過學習大量的參考文獻，劉洋找到了適用技術，並反覆試驗摸索出匹配的參數，最終建立了技術體系、獲得了正相關的結果。

　　至此，憑藉着對生命科學研究的經驗基礎和敏鋭，在前沿領域的“不毛之地”邁出的“第一步”走對了！

　　尋求真相 RNA甲基化調控代謝抵抗病毒

　　“當時人們發現了5種酶與RNA的甲基化修飾相關。”劉洋説，3種是甲基化轉移酶，2種是去甲基化酶，要證明一個要素是否重要，就看它“缺席”時會發生什麼。

　　研究者把所有5種酶都進行了“敲低”操作，發現只有RNA去甲基化酶ALKBH5（以下簡稱A5）“缺席”時，病毒含量比不缺席時顯著下降。至此，機制的核心元件浮出水面。

　　接下來的問題是：A5在機體裏做了什麼，修飾了哪些基因的RNA？

　　在複雜的機體裏，一個核心酶變化的影響猶如多米諾骨牌，牽動的是成百上千的通道變化。

　　“通過甲基化抗體將其中的變化‘釣’出來，並進行測序分析，然後定位對哪些基因產生影響。”劉洋説，“這些新技術需要從頭探索與建立，包括試劑量等體系的構建。我也是結合了大量文章報道進行實驗，比較哪個方案最可行。”

　　可行與否的答案卻不是當時能夠判斷的。“需要生物信息學的分析判斷，要達到一定的指標，才能確定實驗體系是否建立成功以及實驗結果是否可信可用。”劉洋説，國內在這方面的研究不多，為此團隊與曾在國外大學從事過研究的生物信息領域專業分析人員合作，組成新的聯合實驗團隊。“我負責前期的生物學實驗，合作方完成甲基化測序的生物信息學方面的大數據分析工作。”

　　在得到的生物信息基礎上，團隊對數據進行了分析挖掘，再通過相互的交流討論，來看看究竟有哪些線索。“我們要尋找的是A5影響下甲基化修飾以及表達水平發生變化的轉錄本。”劉洋説，數據分析顯示，A5的影響下，改變了很多，但是改變最大的前十名通路中，有多個與代謝相關，這為團隊下一步研究工作進一步指明瞭方向。

　　不斷的探索帶給團隊的是更深的“藍海”。“代謝是與免疫不同的另一個大領域。”劉洋説，表觀修飾通過調控代謝來影響病毒感染是沒有人作過的領域，這讓團隊非常感興趣。“但我也感覺到很大的壓力，需要接觸全新的領域與建立新的技術體系，例如對代謝相關背景知識的學習以及建立靶向代謝組學等代謝相關檢測體系。”

　　團隊進一步對代謝相關的基因進行功能篩選，發現RNA甲基化發揮功能時將“觸角”伸入細胞的代謝路徑，改變了代謝產物，產生了抑制病毒複製的效果。新機制的運行路徑可概括為：宿主細胞一旦被病毒感染，就會抑制去甲基化酶ALKBH5活性，使得相關代謝靶分子的RNA甲基化修飾增強，進而被識別降解，從而改變細胞代謝狀態和降低代謝物衣康酸的生成量，最終抑制了病毒複製。

　　共同驗證 三種測序方法證明新機制正確

　　“我們除了要證明新發現的機制是調控病毒感染的關鍵，還要探索它與免疫的關聯。”劉洋説，“我們進行了細胞水平、體內水平的檢測。”

　　“免疫水平的檢測是我們實驗室的老本行。”劉洋説，“如果A5缺失後抑制病毒的效應是通過免疫功能來實現，那麼相關免疫信號應該是增強的。但我們發現免疫功能沒有變強，反而降低了。”

　　侵染了病毒，免疫反而“偃旗息鼓”了。這個有違免疫常識的發現，既讓劉洋興奮，也讓她百思不得其解。

　　“當時，我對‘天然免疫非依賴’的概念還不能完全理解。這個邏輯要怎麼説得通呢。”劉洋説，她嚮導師曹雪濤彙報了這個不能理解的現象。

　　“曹老師啓發我説，免疫效應的減低可能是由於A5缺失的細胞中病毒量降低了，少量的病毒無法有效活化免疫應答。”劉洋回憶。

　　人們往往會在已經習得的經驗與新的發現之間產生迷惑，而在實驗準確性基礎上的追本溯源，將有助於突破傳統、產生創新。

　　新機制的驗證往往更加嚴苛。“論文在《科學》雜誌的審閲階段，審稿人提議利用另一種被稱為iCLIP測序的方法驗證A5酶確實主要通過調控目標RNA來發揮作用。”劉洋説，儘管之前的RNA測序與m6A測序等方法已經能夠證明這一問題，但同步證明將為研究成果給予更堅實的證據。在後續實驗中，iCLIP也確實讓研究團隊明確地看到了A5酶與目標RNA的直接作用。

　　代謝系統和免疫系統不再是涇渭分明的兩大體系。新型表觀代謝機制的提出，不僅提出了宿主細胞通過表觀修飾與代謝重塑交叉調控機制抑制病毒複製的新觀點，也讓人們更深刻地理解了機體內部的廣泛關聯性和不可分割性，為現代醫學的發展給出啓示。