推薦理由

水痘-帶狀皰疹病毒(Varicella-Zoster Virus, VZV)是一種在全球廣泛傳播的α皰疹病毒，可引起兩種截然不同的疾病：初次感染導(dǎo)致水痘，病毒隨后潛伏于感覺(jué)神經(jīng)節(jié)，在免疫力下降時(shí)重新激活則引起帶狀皰疹。盡管疫苗的推廣顯著降低了疾病負(fù)擔(dān)，但VZV仍是神經(jīng)系統(tǒng)并發(fā)癥的重要病原體，包括腦炎、腦膜炎和腦血管炎等嚴(yán)重病癥。這篇發(fā)表在《Nature Microbiology》上的研究通過(guò)創(chuàng)新的多組學(xué)整合分析策略，首次系統(tǒng)繪制了VZV與神經(jīng)元細(xì)胞的蛋白質(zhì)互作圖譜，不僅揭示了病毒調(diào)控宿主細(xì)胞的關(guān)鍵分子機(jī)制，更為重要的是通過(guò)整合患者外顯子測(cè)序數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)了與嚴(yán)重中樞神經(jīng)系統(tǒng)感染相關(guān)的宿主遺傳變異。

文章信息

標(biāo)題: Multi-proteomic profiling of the varicella-zoster virus–host interface reveals host susceptibilities to severe infection

期刊: Nature Microbiology

發(fā)表時(shí)間: 2025年7月30日

作者: Girault V, Stukalov A等

DOI: 10.1038/s41564-025-02068-7

主要結(jié)果

樣本來(lái)源

研究團(tuán)隊(duì)以人神經(jīng)母細(xì)胞瘤SK-N-BE2細(xì)胞為神經(jīng)元模型，構(gòu)建三大互補(bǔ)質(zhì)譜數(shù)據(jù)集。首先，采用VZV rOka株感染48 h，獲取宿主蛋白表達(dá)全景，系統(tǒng)量化宿主蛋白表達(dá)變化；其次，對(duì)64個(gè)VZV ORF分別進(jìn)行C端V5標(biāo)簽表達(dá)，利用AP-MS建立并解析病毒蛋白與宿主蛋白的物理互作網(wǎng)絡(luò)；最后，通過(guò)單獨(dú)過(guò)表達(dá)每個(gè)ORF，結(jié)合LC-MS/MS定量宿主蛋白組，構(gòu)建效應(yīng)組，評(píng)估單個(gè)病毒蛋白對(duì)宿主蛋白豐度的功能擾動(dòng)。

VZV擾亂神經(jīng)元和抗病毒細(xì)胞因子

VZV感染神經(jīng)母細(xì)胞瘤SK-N-BE2細(xì)胞后，蛋白質(zhì)組學(xué)分析顯示66種VZV蛋白和大量宿主蛋白表達(dá)改變。感染促進(jìn)了細(xì)胞周期進(jìn)程并抑制凋亡，同時(shí)下調(diào)了神經(jīng)元發(fā)育關(guān)鍵因子和轉(zhuǎn)錄調(diào)控蛋白。值得注意的是，經(jīng)典抗病毒反應(yīng)未被激活，僅少數(shù)先天免疫相關(guān)蛋白表達(dá)增加，表明VZV能有效抑制宿主防御機(jī)制。這些變化共同揭示了VZV通過(guò)重編程宿主細(xì)胞功能（尤其是細(xì)胞周期和轉(zhuǎn)錄調(diào)控）來(lái)維持感染的分子機(jī)制。

圖1 VZV調(diào)節(jié)受感染神經(jīng)元細(xì)胞的蛋白質(zhì)組特征。a，VZV-宿主蛋白質(zhì)組學(xué)調(diào)查的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。對(duì)神經(jīng)母細(xì)胞瘤SK-N-BE2細(xì)胞進(jìn)行VZV感染，采用自下而上的MS分析感染對(duì)其蛋白質(zhì)組的影響，生成感染數(shù)據(jù)集。用單個(gè)V5標(biāo)記的VZV ORF轉(zhuǎn)導(dǎo)SK-N-BE2細(xì)胞，并在標(biāo)記的病毒誘餌的AP后通過(guò)MS分析（相互作用組數(shù)據(jù)集）和蛋白質(zhì)組水平（效應(yīng)組數(shù)據(jù)集）。b，VZV誘導(dǎo)的SK-N-BE2細(xì)胞感染VZV的蛋白質(zhì)豐度變化48h的火山圖。c，在VZV感染的SK-N-BE2細(xì)胞中下調(diào)或上調(diào)的細(xì)胞蛋白中富集的GO項(xiàng)。

VZV-宿主相互作用網(wǎng)絡(luò)破譯細(xì)胞擾動(dòng)

為了系統(tǒng)研究VZV與宿主蛋白的相互作用，研究者通過(guò)親和純化-質(zhì)譜聯(lián)用（AP-MS）技術(shù)構(gòu)建了VZV-人類蛋白互作網(wǎng)絡(luò)，共鑒定出1,181個(gè)特異性互作，涉及56個(gè)VZV蛋白和900個(gè)宿主蛋白。其中ORF4、ORF9、ORF12、ORF49和ORF63是連接最密集的病毒蛋白。互作分析揭示了病毒蛋白的亞細(xì)胞定位特征以及新功能：ORF32與轉(zhuǎn)錄因子GTF2B結(jié)合，ORF59結(jié)合染色質(zhì)重塑蛋白CHD8/9，ORF61和ORF66分別靶向NF-κB調(diào)控因子USP11和NKIRAS2。此外，病毒粒子組裝相關(guān)蛋白與細(xì)胞內(nèi)運(yùn)輸機(jī)器的互作提示了病毒利用宿主運(yùn)輸機(jī)制的策略。功能復(fù)合體分析顯示，VZV蛋白協(xié)同靶向關(guān)鍵宿主通路：ORF4和ORF12分別特異性結(jié)合m6A甲基化復(fù)合體和剪接體，ORF48關(guān)聯(lián)非同源末端連接修復(fù)復(fù)合體，ORF9與轉(zhuǎn)錄因子TFIIIC復(fù)合體互作可能介導(dǎo)了感染細(xì)胞中GTF3C的下調(diào)。該研究首次報(bào)道了13個(gè)VZV蛋白的宿主互作伙伴，為理解病毒劫持宿主機(jī)制的分子基礎(chǔ)提供了全面資源。

圖2神經(jīng)元細(xì)胞中的VZV-宿主蛋白-蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)。a，神經(jīng)母細(xì)胞瘤SK-N-BE2細(xì)胞中AP-MS產(chǎn)生的單個(gè)V5標(biāo)記的VZV蛋白-宿主相互作用組的組裝網(wǎng)絡(luò)。VZV誘餌和宿主獵物分別顯示為正方形和橢圓形。病毒蛋白根據(jù)其基因名稱進(jìn)行編號(hào)。選擇用于CRISPR-Cas9敲除篩選的宿主蛋白以粉紅色突出顯示。b，與單個(gè)VZV蛋白相互作用的宿主蛋白中富集的GO細(xì)胞成分的條形圖。

蛋白質(zhì)組變化定義了 VZV 蛋白的特定作用

研究者通過(guò)質(zhì)譜分析發(fā)現(xiàn)，39個(gè)VZV蛋白可調(diào)控宿主細(xì)胞中3,770個(gè)蛋白的表達(dá)水平。其中ORF61降低免疫因子IFI16，ORF10上調(diào)β-catenin，與HSV-1同源蛋白功能一致。ORF9A減少血腦屏障蛋白表達(dá)，ORF61激活二磷酸酰胺代謝通路。ORF38和ORF10維持細(xì)胞連接，ORF8和ORF12則阻滯細(xì)胞周期。不同病毒蛋白對(duì)神經(jīng)相關(guān)基因呈現(xiàn)相反調(diào)控。該研究首次系統(tǒng)揭示了多個(gè)未表征蛋白的功能，包括ORF1調(diào)控離子轉(zhuǎn)運(yùn)、ORF15參與代謝調(diào)控、ORF46影響線粒體功能等，為理解皰疹病毒與宿主相互作用提供了重要線索。

圖3病毒蛋白的效應(yīng)組識(shí)別個(gè)體功能。a，通過(guò)全蛋白質(zhì)組MS分析檢測(cè)到，在表達(dá)單個(gè)VZVORF的神經(jīng)母細(xì)胞瘤SK-N-BE2細(xì)胞中上調(diào)或下調(diào)的細(xì)胞蛋白數(shù)量。ORF根據(jù)其在病毒復(fù)制過(guò)程中的表達(dá)動(dòng)力學(xué)進(jìn)行排名，并且作為病毒粒子一部分的病毒蛋白用星號(hào)（*）注釋。b，在表達(dá)指定單個(gè)VZV蛋白的SK-N-BE2細(xì)胞中調(diào)節(jié)的細(xì)胞蛋白中富集途徑（GO生物過(guò)程）、轉(zhuǎn)錄組因子靶基因集（OmniPath）和人蛋白-蛋白質(zhì)復(fù)合物（CORUM，IntAct）的網(wǎng)絡(luò).病毒蛋白根據(jù)其基因名稱進(jìn)行編號(hào)。監(jiān)管的術(shù)語(yǔ)根據(jù)圖例中定義的親本細(xì)胞功能進(jìn)行著色。

系統(tǒng)數(shù)據(jù)整合揭示分子策略

通過(guò)整合互作組和效應(yīng)組數(shù)據(jù)，研究揭示了VZV蛋白調(diào)控宿主細(xì)胞功能的分子機(jī)制。ORF61通過(guò)結(jié)合VCP-UBXN7復(fù)合體促進(jìn)IFI16的蛋白酶體降解，這一過(guò)程在病毒感染中同樣存在。網(wǎng)絡(luò)分析顯示，ORF12通過(guò)靶向PI3K和RTK復(fù)合體發(fā)揮抗凋亡作用，而ORF9則通過(guò)調(diào)控細(xì)胞骨架組織和SUMO化通路參與病毒組裝和釋放。這些發(fā)現(xiàn)不僅驗(yàn)證了已知的病毒蛋白功能，還提出了ORF12可能通過(guò)PRKCA和CREB1介導(dǎo)抗凋亡作用等新假設(shè)。

圖4 多蛋白質(zhì)組學(xué)數(shù)據(jù)集成。a，通過(guò)對(duì)感染組（infection）與效應(yīng)組（effectome）數(shù)據(jù)集（1）或效應(yīng)組與互作組（interactome）數(shù)據(jù)集（2）的正交整合，提出VZV功能相關(guān)的分子機(jī)制假設(shè)。b，在HEK293T細(xì)胞中，與HA-GFP、HA-ORF61或HSV-1HA-ICP0共轉(zhuǎn)染后，IFI16的Westernblot分析。c，對(duì)HFF細(xì)胞進(jìn)行免疫熒光分析：模擬感染或用重組HA-ORF61-VZV感染8h，并加或不加蛋白酶體抑制劑MG-132。細(xì)胞用IFI16、VZV（ORF61）及DAPI染色，在×10物鏡下分析，每條件>120個(gè)細(xì)胞核。用DAPI對(duì)細(xì)胞進(jìn)行IFI16和VZV（ORF61）染色。每種條件以×10放大倍率分析了120多個(gè)細(xì)胞核。d，對(duì)HFF細(xì)胞進(jìn)行免疫熒光分析，觀察UBXN7與VZVORF61的亞細(xì)胞共定位。e，對(duì)HFF細(xì)胞的免疫熒光分析：對(duì)照或經(jīng)shRNA敲低UBXN7的細(xì)胞，再轉(zhuǎn)導(dǎo)V5-ORF61或V5-GFP。細(xì)胞用IFI16、V5標(biāo)簽及DAPI染色，×20物鏡下分析，每條件>500個(gè)細(xì)胞核。f，將互作組與效應(yīng)組數(shù)據(jù)映射至ReactomeFI細(xì)胞基因網(wǎng)絡(luò)，并進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)散分析，生成各病毒ORF擾動(dòng)的基因子網(wǎng)絡(luò)。g,h，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)散預(yù)測(cè)得到的VZVORF12（g）與ORF9（h）代表性子網(wǎng)絡(luò)。

功能篩查識(shí)別VZV感染的宿主因素

通過(guò)CRISPR-Cas9篩選，研究者從116個(gè)關(guān)鍵宿主蛋白中鑒定出5個(gè)抗VZV因子和7個(gè)促VZV因子。其中MPP8作為HUSH復(fù)合體成員本應(yīng)抑制病毒DNA表達(dá)，卻意外顯示出促病毒活性；鋅指蛋白ZNF280D也表現(xiàn)出促進(jìn)病毒復(fù)制的新功能?；蚯贸龑?shí)驗(yàn)證實(shí)，缺失MPP8會(huì)導(dǎo)致HUSH復(fù)合體其他組分不穩(wěn)定，從而限制病毒擴(kuò)散。該研究不僅驗(yàn)證了已知的VZV限制因子，還揭示了多個(gè)宿主蛋白在病毒復(fù)制中的新作用。

圖5 功能喪失篩查識(shí)別VZV限制和依賴因素。a，VZV復(fù)制的宿主基因敲除篩選。b，a 中敲除篩選的流式細(xì)胞術(shù)設(shè)門策略。通過(guò)設(shè)門排除 MeWo 接種細(xì)胞，并分別圈選目標(biāo)細(xì)胞（BFP?）和對(duì)照細(xì)胞（GFP?）。圖中為代表性的 NTC 模擬感染孔和感染孔，標(biāo)注了各門內(nèi)細(xì)胞數(shù)。c，基于 VZV 蛋白質(zhì)組學(xué)調(diào)查選取的 116 個(gè)宿主基因進(jìn)行陣列敲除篩選。d，通過(guò)流式細(xì)胞術(shù)分析驗(yàn)證MPP8和ZNF280D的功能。e，按 d 所述方法感染后，SK-N-BE2 細(xì)胞中 NTC 或相應(yīng)基因敲除株的 MRI 相對(duì)估計(jì)值（Methods）的倍數(shù)變化。

患者基因變異影響VZV限制因素

通過(guò)整合多組學(xué)數(shù)據(jù)與臨床遺傳分析，研究在13例VZV中樞神經(jīng)系統(tǒng)感染患者中鑒定出66個(gè)罕見(jiàn)致病基因變異。其中，抗病毒因子NPHP4的S862N突變（來(lái)自一名VZV腦膜腦炎患者）被預(yù)測(cè)為最具破壞性。實(shí)驗(yàn)證實(shí)NPHP4缺失促進(jìn)VZV擴(kuò)散，而回補(bǔ)野生型NPHP4可抑制病毒復(fù)制，但攜帶S862N突變的蛋白喪失此功能。機(jī)制研究發(fā)現(xiàn)，該突變破壞了NPHP4與14-3-3蛋白（特別是YWHAE和YWHAH）的結(jié)合能力，這可能通過(guò)影響WNT信號(hào)通路而非經(jīng)典抗病毒免疫來(lái)發(fā)揮作用。該研究首次將宿主遺傳變異（如NPHP4 S862N）與VZV嚴(yán)重CNS感染相關(guān)聯(lián)，為理解相關(guān)疾病的發(fā)病機(jī)制提供了新視角。

圖6 VZV中樞神經(jīng)系統(tǒng)感染患者的罕見(jiàn)變異分析發(fā)現(xiàn)限制性因子NPHP4發(fā)生突變。a，對(duì)來(lái)自13例免疫功能正常、但罹患VZV中樞神經(jīng)系統(tǒng)感染患者的WES變異進(jìn)行基因優(yōu)先級(jí)排序。b，利用流式細(xì)胞術(shù)驗(yàn)證NPHP4的功能并表征NPHP4(S862N)變異。c，按b所述方法感染后，計(jì)算NTC或NPHP4敲除SK-N-BE2細(xì)胞在轉(zhuǎn)導(dǎo)EV、NPHP4-WT或NPHP4(S862N)后的MRI相對(duì)NTC或EV對(duì)照的倍數(shù)變化。d，在SK-N-BE2細(xì)胞中利用AP–MS獲得的HA-NPHP4野生型及S862N變異的互作組。以HA-GFP為對(duì)照，展示log?富集因子。e，綜述本研究通過(guò)多蛋白組學(xué)和功能分析所揭示的VZV與NPHP4之間的病毒-宿主相互作用，以及對(duì)S862N變異的功能表征。NS，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

總結(jié)與不足

總結(jié)

本研究首次以“感染組-互作組-效應(yīng)組”三維蛋白質(zhì)組學(xué)框架，系統(tǒng)闡述了VZV在神經(jīng)元環(huán)境中的全部“戰(zhàn)術(shù)動(dòng)作”。其意義不僅在于擴(kuò)充了皰疹病毒-宿主界面的分子圖譜，更在于示范了一種可復(fù)制的研究范式——將無(wú)偏質(zhì)譜、CRISPR 功能篩選與患者遺傳學(xué)直接閉環(huán)，實(shí)現(xiàn)從“分子發(fā)現(xiàn)”到“臨床解釋”的一步跨越。研究揭示的 MPP8、ZNF280D、NPHP4 等宿主因子，為靶向宿主而非病毒的“下一代抗病毒策略”提供了候選靶點(diǎn)；同時(shí)，NPHP4-S862N 的功能失活首次將罕見(jiàn)遺傳變異與散發(fā)性 VZV-CNS 重癥關(guān)聯(lián)，提示未來(lái)對(duì)看似免疫正常的重癥患者，也應(yīng)納入先天性免疫缺陷的篩查視野。

不足

1. 由于僅使用神經(jīng)母細(xì)胞瘤模型，研究結(jié)果在原代神經(jīng)元或其他細(xì)胞類型中的普適性仍需驗(yàn)證；

2. 病毒株為實(shí)驗(yàn)室rOka，是否覆蓋臨床分離株尚需擴(kuò)展；

3. 體內(nèi)小鼠或人腦組織驗(yàn)證尚未開(kāi)展，NPHP4-S862N的病理貢獻(xiàn)仍需更多病例。