病毒感染宿主后，會(huì)觸發(fā)宿主的抗病毒免疫反應(yīng)，其中，I 型干擾素（IFN）的產(chǎn)生尤為關(guān)鍵，它能有效抵御病毒入侵并調(diào)節(jié)免疫應(yīng)答。其機(jī)制如下：細(xì)胞質(zhì)中的 DNA 會(huì)被模式識(shí)別受體環(huán)鳥苷酸腺苷酸合酶（cGAS）識(shí)別，進(jìn)而激活 STING 通路，誘導(dǎo) I 型干擾素生成。I 型 IFN 與受體結(jié)合，促使數(shù)百個(gè) IFN 刺激基因（ISG）表達(dá)，干擾病毒復(fù)制，助力細(xì)胞抗病毒免疫體系的構(gòu)建。據(jù)研究報(bào)道，cGAS 的激活受多種蛋白質(zhì)翻譯后修飾（PTMs）調(diào)控，涵蓋磷酸化、泛素化、SUMO 化及乙酰化等。不過，對(duì)于 cGAS 的 PTMs 過程中其他相關(guān)因素的作用，目前還所知不多[1 - 3]。
病毒感染往往會(huì)造成 DNA 損傷（DDR），或因單鏈 DNA 積聚而破壞宿主基因組穩(wěn)定性。聚 ADP 核糖聚合酶 1（PARP1）通常被視作關(guān)鍵的 DNA 損傷傳感器與修復(fù)酶。細(xì)胞發(fā)生 DNA 損傷時(shí)，PARP1 會(huì)迅速被召集到各類 DNA 損傷位點(diǎn)，通過酯交換反應(yīng)，將聚 ADP - 核糖（PAR）連接到自身及 Glu、Asp 或 Lys 殘基上的多個(gè)靶蛋白上。這種 PAR 修飾（PARylation）有助于 PARP1 參與 DNA 修復(fù)、DNA 復(fù)制叉穩(wěn)定及染色質(zhì)結(jié)構(gòu)修飾等生物學(xué)進(jìn)程。但 PARP1 究竟是怎樣進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)并調(diào)控抗病毒免疫的，至今尚未明晰[4]。
病毒感染后，DNA 損傷誘導(dǎo)的 DNA 依賴蛋白激酶（DNA - PK）激活，介導(dǎo) PARP1 磷酸化，致使 cGAS 發(fā)生 PARylation，從而抑制 I 型 IFN 免疫應(yīng)答與宿主抗病毒免疫。該研究率先揭示了 PARP1 的細(xì)胞質(zhì)定位、核質(zhì)轉(zhuǎn)位機(jī)制及其與抗病毒免疫反應(yīng)的關(guān)聯(lián)。
PARP 抑制劑是一類可影響癌細(xì)胞自我復(fù)制的醫(yī)用試劑，能讓乳腺癌藥物充分發(fā)揮藥效，對(duì)卵巢癌、前列腺癌以及胰腺癌等具有相同“流氓基因”的遺傳性癌癥也有治療作用，堪稱對(duì)抗多種癌癥的“萬能利器”。為確定 PARP1 是否調(diào)控抗病毒免疫，研究者運(yùn)用 PARP1 抑制劑，檢測其在 I 型 IFN 應(yīng)對(duì) DNA 病毒單純皰疹病毒 1 型（HSV - 1）感染反應(yīng)中的作用。結(jié)果顯示，PARP1 特異性抑制劑或基因編輯技術(shù)敲除 PARP1 后，宿主以 I 型干擾素為主要特征的抗病毒免疫反應(yīng)顯著增強(qiáng)，對(duì) DNA 病毒 HSV - 1 的抵抗力也得以提升。此外還發(fā)現(xiàn)，HSV - 1 感染可誘導(dǎo) PARP1 出現(xiàn)核質(zhì)轉(zhuǎn)位現(xiàn)象。
病毒感染一般通過活性氧（ROS）或活性氮（RNS）引發(fā) DNA 損傷，進(jìn)而激活 PARP1。為探究 PARP1 核質(zhì)轉(zhuǎn)位是否與此相關(guān)，研究人員采用氨基胍鹽酸鹽（AGHS）靶向抑制一氧化氮合酶（iNOS）或敲除 iNOS 基因，發(fā)現(xiàn) HSV - 1 感染經(jīng)誘導(dǎo) RNS 造成 DNA 損傷。再依據(jù) DNA - PK 的保守底物基序與質(zhì)譜分析，可知 HSV - 1 感染可能誘導(dǎo) RNS 依賴性 DNA 損傷，激活 DNA - PK，DNA - PK 誘導(dǎo) PARP1 在 T594 位點(diǎn)磷酸化，從而觸發(fā) PARP1 胞質(zhì)易位。這表明 DDR 是 PARP1 胞質(zhì)易位的起始因素，蛋白磷酸化修飾在其轉(zhuǎn)位過程中起著關(guān)鍵作用。
圖2 DNA-PK 誘導(dǎo)的T594 上PARP1的磷酸化對(duì)其胞質(zhì)易位至關(guān)重要
研究者在前期工作中發(fā)現(xiàn)，DNA 損傷可誘導(dǎo) cGAS 部分轉(zhuǎn)位進(jìn)入細(xì)胞核，以 PAR 依賴方式與 PARP1 相互作用，進(jìn)而抑制 DNA 修復(fù)。本次實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步探究 PARP1 是否介導(dǎo)了 DNA 病毒主要識(shí)別受體 cGAS 的 PARylation 修飾。結(jié)果表明，PARP1 抑制或缺失在很大程度上能消除 cGAS 的 PARylation 修飾。經(jīng)質(zhì)譜分析及體內(nèi)、體外實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，確定 D191 是 PARP1 介導(dǎo) cGAS 發(fā)生 PARylation 的主要位點(diǎn)。進(jìn)一步功能實(shí)驗(yàn)顯示，D191 位點(diǎn)的 PARylation 修飾顯著抑制 cGAS 與 DNA 的結(jié)合能力，進(jìn)而抑制其酶活性。因此，PARP1 通過介導(dǎo) cGAS 的 D191 位點(diǎn)的 PARylation，從根源上阻斷其 DNA 結(jié)合能力與后續(xù)激活。
圖3 D191上的PARP1 PARylate cGAS
綜上，該研究揭示了 PARP1 將 DNA 損傷信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)至抑制抗病毒免疫反應(yīng)的機(jī)制：DNA 病毒以 iNOS 依賴方式激活 DNA - PK，促使 PARP1 在 T594 位點(diǎn)磷酸化，推動(dòng)其胞質(zhì)易位，靶向 cGAS 并介導(dǎo)其 PARylation 修飾，阻斷 DNA 結(jié)合，最終抑制機(jī)體抗病毒免疫反應(yīng)。該研究發(fā)現(xiàn)了 PARP1 的新底物，明確了 PARylation 修飾是 cGAS 一種重要的蛋白翻譯后修飾。
圖4 PARP1通過PARylation修飾cGAS抑制抗病毒免疫圖解
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