《Nature Communications》：TRIM23 mediates cGAS-induced autophagy in anti-HSV defense
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在病毒感染的研究中，cGAS-STING 通路誘導自噬的機制尚不明確。研究人員開展了關于 TRIM23 在 cGAS-STING 通路介導的抗病毒自噬中作用的研究，發現 cGAS-STING-TBK1-TRIM23 軸是關鍵自噬防御通路，為相關疾病治療提供新思路。
在微觀的人體免疫世界里，病毒與免疫系統的 “戰爭” 時刻都在上演。其中，單純皰疹病毒（HSV）感染引發的疾病，如皰疹性腦炎等，嚴重威脅著人類健康。自噬作為細胞內重要的防御機制，在對抗病毒感染中起著關鍵作用。然而，在 HSV 感染時，細胞如何啟動自噬來抵御病毒，這個過程中的分子機制卻像一團迷霧，讓科學家們困惑不已。特別是 cGAS-STING 通路，它雖然已知能引發干擾素（IFN）反應，也被認為是病毒感染或其他刺激下自噬的關鍵誘導因素，但它具體如何誘導自噬，下游的介導因子又有哪些，一直是學界亟待解決的問題。為了揭開這些謎團，來自美國克利夫蘭診所佛羅里達研究與創新中心、芝加哥大學等多個機構的研究人員展開了深入研究。他們的研究成果發表在《Nature Communications》上，為我們理解抗病毒免疫機制帶來了新的曙光。
研究人員采用了多種關鍵技術方法。在細胞和動物實驗方面，利用基因編輯技術構建了 Trim23 基因敲除小鼠模型以及 TBK1 基因敲除細胞系，為研究相關基因功能提供了重要工具 。同時，通過 RNA 干擾（RNAi）技術沉默特定基因，觀察細胞和動物的反應變化。在檢測分析層面，運用免疫印跡法（WB）檢測蛋白質的表達、磷酸化及泛素化水平；采用實時熒光定量聚合酶鏈式反應（RT-qPCR）測定基因轉錄水平；借助共聚焦顯微鏡和接近連接測定法（PLA）觀察蛋白質的定位和相互作用。此外，還使用了體外激酶實驗和 GTP 酶活性實驗，探究蛋白質的酶活性變化。
研究結果如下：
- TRIM23 對 HSV-1 感染和病理的自噬控制至關重要：研究人員發現，Trim23 基因敲除小鼠在感染 HSV-1 后，死亡率顯著增加，病毒在腦部的滴度和轉錄水平大幅上升，自噬相關蛋白 p62 的降解受到抑制，表明 TRIM23 在多種細胞類型中對 HSV-1 感染的自噬控制起著關鍵作用，且其缺失會加重 HSV-1 誘導的中樞神經系統病理變化12。
- TRIM23 通過自噬而非干擾素反應限制 HSV-1 復制：實驗表明，沉默 TRIM23 會增強 HSV-1 在多種細胞中的復制，但對細胞因子和干擾素刺激基因（ISG）的轉錄表達影響不明顯，且在干擾素受體缺陷的細胞中，TRIM23 仍能抑制 HSV-1 復制，說明 TRIM23 主要通過自噬而非抗病毒 IFN 反應來限制 HSV-1 復制34。
- RING 結構域 S39 位點磷酸化激活 TRIM23 的 E3 連接酶活性：研究人員通過質譜分析鑒定出 TRIM23 的 S39 位點磷酸化，該位點位于 RING 結構域。感染 HSV-1 后，TRIM23 的 S39 位點磷酸化水平顯著升高，且與泛素化水平相關。非磷酸化的 S39A 突變體幾乎完全喪失 K27 連接的泛素化能力，而模擬磷酸化的 S39D 和 S39E 突變體則具有與野生型相當的泛素化水平，表明 S39 位點磷酸化對 TRIM23 的 E3 泛素連接酶活性至關重要56。
- S39 磷酸化促進 TRIM23 的 GTP 酶活性和抗病毒自噬：S39A 突變體的 GTP 酶活性嚴重受損，而 S39D 和 S39E 突變體則具有高效的 GTP 酶活性。在細胞實驗中，野生型 TRIM23 以及 S39D 和 S39E 突變體能有效誘導 GFP-LC3B 斑點形成和 LC3B-I 向 LC3B-II 的轉化，促進與自噬受體 p62 的共定位，并有效限制 HSV-1 感染，而 S39A 突變體則表現不佳，說明 S39 磷酸化對于 TRIM23 引發自噬和抑制 HSV-1 復制是必需的78。
- TBK1 磷酸化 TRIM23 的 S39 位點誘導自噬：通過生物信息學預測和 RNAi 篩選，研究人員確定 TBK1 是負責 TRIM23 S39 位點磷酸化的關鍵激酶。實驗證明，TBK1 能直接磷酸化 TRIM23，其異位表達可增強 TRIM23 的磷酸化和泛素化，而抑制 TBK1 則會降低這些反應。在 TBK1 基因敲除細胞中，TRIM23 的 S39 位點磷酸化完全喪失，且無法誘導 GFP-LC3B 斑點形成，進一步證實了 TBK1 介導的 TRIM23 S39 位點磷酸化促進自噬的作用910。
- cGAS 促使 TBK1 介導 TRIM23 S39 磷酸化以誘導自噬：研究發現，沉默內源性 cGAS 會顯著降低 HSV-1 感染的原代人真皮成纖維細胞中 p62 的降解和 LC3B-I 向 LC3B-II 的轉化，而刺激 cGAS-STING 通路則能促進 TRIM23 的磷酸化、泛素化和 GTP 酶活性，誘導自噬。此外，cGAS 刺激引發的自噬依賴于 TBK1 和 TRIM23，而與 IRF3 無關，表明 cGAS 刺激可引發 TBK1 介導的 TRIM23 磷酸化和激活，從而誘導自噬1112。
- TBK1 - TRIM23 前饋激活環由不同的亞細胞定位決定：研究表明，TRIM23 和 TBK1 之間存在復雜的相互作用，形成前饋激活環。cGAS-STING 激活后，TRIM23 首先在高爾基體被 TBK1 磷酸化，隨后引發自身泛素化和 GTP 酶活性，促進 TBK1 的寡聚化和轉位至自噬體，最終導致 p62 磷酸化，調控自噬過程1314。
- TRIM23 與 STING 和 TBK1 形成復合物，促進自噬：在 HSV-1 感染或 dsDNA 刺激后，TRIM23 與 STING 和 TBK1 形成三元復合物。TRIM23 通過與 STING 的環二核苷酸結合域（CBD）相互作用，并被共招募的 TBK1 磷酸化，從而促進自身激活和自噬誘導15。
- HSE 相關的 TBK1 生殖系突變損害 TRIM23 激活和 HSV-1 誘導的自噬：攜帶 TBK1 G159A 突變的患者成纖維細胞在 HSV-1 感染后，內源性 TBK1 磷酸化、LC3B-I 向 LC3B-II 的轉化以及 p62 磷酸化均受損，表明自噬功能缺陷。在 TBK1 基因敲除的 HEK293T 細胞中，野生型 TBK1 能誘導 TRIM23 S39 位點磷酸化，而 G159A 突變體則不能，進一步證實該突變導致的自噬缺陷是由于 TRIM23 激活受阻1617。
綜上所述，該研究揭示了 TRIM23 在 cGAS-STING 通路介導的抗病毒自噬中的核心作用，確定了 cGAS-STING-TBK1-TRIM23 軸為關鍵的自噬防御通路。這一發現不僅加深了我們對病毒感染時自噬調控機制的理解，也為開發針對病毒感染性疾病和炎癥性疾病的新型治療策略提供了重要的理論依據。未來，研究人員可以進一步探索該通路在其他病毒感染中的作用，以及如何通過調節該通路來優化抗病毒治療方案，為人類健康事業帶來新的希望。
