选择性剪接在SARS-CoV-2感染中的调控作用

孙绮思，苏中静，2

(1．汕头大学医学院组胚教研室，广东 汕头 515041；2．汕头大学医学院广东省感染与免疫重点实验室，广东 汕头 515041)

严重急性呼吸综合征冠状病毒2型(severe acute respiratory syndrome coronavirus 2，SARS-CoV-2)是引起新型冠状病毒肺炎流行的病原菌，感染SARS-CoV-2的患者可能引发严重的急性呼吸窘迫综合征[1-2]。约翰斯·霍普金斯大学的疫情追踪数据显示，截至2021年6月4日，全球累计新型冠状病毒肺炎确诊病例超17 000万例，累计死亡超360万例。SARS-CoV-2病毒的感染在全球范围内对人类的生活和生产造成了重大影响，因此研究SARS-CoV-2感染人体的机制以及病毒与人体细胞的相互作用备受关注和重视。

SARS-CoV-2属于正链RNA β型冠状病毒，核酸长度约为30 kb，其转录本有5′帽和3′端多聚A尾结构。SARSCoV-2正链RNA至少编码29种蛋白质，其中包含刺突蛋白、小包膜蛋白、膜蛋白和核衣壳蛋白4种结构蛋白，16种非结构蛋白以及9个假定的辅助蛋白。SARS-CoV-2的正链RNA需要宿主细胞的组件来完成其蛋白质的翻译和运输，并组装和分泌病毒颗粒，这些蛋白帮助病毒转录本占据宿主细胞内蛋白表达主导地位，抑制宿主细胞的正常转录与翻译[3-4]。

选择性剪接指同种mRNA前体通过不同的剪接方式产生多种亚型的过程，所形成的蛋白质产物可有不同的结构特性和功能。以往研究发现淋巴细胞中约60%的基因表达不同的剪接亚型，提示初始mRNA的选择性剪接广泛参与了免疫细胞的分化和免疫应答的调节[5-6]。近期的研究发现SARS-CoV-2进入宿主细胞的同时伴随着众多选择性剪接事件，它们不仅帮助病毒进行高效的复制和转录，还使病毒有效地躲避机体的免疫反应[7-8]。本文综述选择性剪接在SARS-CoV-2入侵宿主、宿主细胞免疫反应以及病毒逃避免疫过程中的调控作用等的相关研究。

1 血管紧张素转换酶2的选择性剪接可能干预SARS-CoV-2的入侵

血管紧张素转换酶2(angiotensin-converting enzyme 2，ACE2)是Ⅰ型跨膜蛋白，宿主细胞ACE2与刺突蛋白S1亚基上的受体结合域结合，引发了刺突蛋白的裂解，诱发膜融合和感染[9]。生物信息学预测ACE2基因的5′端、3′端和内含子区域存在可能参与选择性剪接的假定外显子，这些外显子或可取代SARS-CoV-2入侵宿主所需的ACE2结构域，同时保留ACE2在人体内的生理功能。剪接开关寡核苷酸(splice-switching antisense oligonucleotides，SSOs)是一种可与核内前体mRNA的靶序列进行碱基配对的短合成反义序列，ACE2基因的选择性剪接模型实验提示有可能通过SSOs的作用，调控ACE2序列中SARS-CoV-2识别相关的选择性剪接外显子的表达，从而干预SARS-CoV-2对宿主细胞的感染[10]。

2 非结构蛋白16调控宿主mRNA的选择性剪接

冠状病毒的非结构蛋白(nonstructural protein，Nsp)通常参与病毒遗传物质的翻译及其产物的折叠和运输，并调控宿主的蛋白表达和免疫应答[11]。Nsp16是一个2′-O-甲基转移酶，它在Nsp10的协助下促进病毒mRNA帽2′-O甲基化，提高病毒翻译效率，抑制宿主的mRNA[12-13]。Banerjee等[14]发现SARS-CoV-2基因组编码的Nsp16与snRNA U1的5′端剪接位点识别序列和U2的分支点识别位点结合，从而导致宿主细胞的mRNA剪接缺陷。Nsp16作为宿主毒力因子，通过触发异常剪接来破坏全局内源性mRNA的加工，最终造成宿主细胞mRNA和蛋白水平的衰退。

3 病毒基因组结合宿主细胞RNA结合蛋白调控选择性剪接

RNA结合蛋白可以结合mRNA并调控mRNA的剪接加工或翻译过程[15]。Srivastava等[16]通过转录物剪接的复制多变量分析方法发现，SARS-CoV-2感染细胞中发生选择性剪接事件的基因存在大量跳跃和互斥的外显子事件，并发现大量RNA结合蛋白编码基因表达选择性剪接亚型，它们可能会改变宿主细胞的转录后下游调控网络。SRSF1、RNPS1和hnRNP A1都是参与选择性剪接的RNA结合蛋白，SRSF1缺失导致的基因组失稳可通过RNPS1的过度表达来纠正[17-18]。Rogan等[18]通过模型预测分析发现SRSF1、RNPS1和hnRNP A1在SARS-CoV-2 RNA上存在许多结合位点，宿主感染后和病毒基因组之间存在着对这些RNA结合蛋白的竞争，可能会改变宿主细胞全基因组的选择性剪接。

4 宿主miRNA和病毒miRNA形成双重机制参与选择性剪接

基因组经过选择性剪接生成的多种异构体miRNA主要与mRNA 3′端互补结合、调控蛋白水平。Saçar等[19]预测出30个靶向1 367个人类基因的病毒成熟miRNA样序列。Yu等[20]研究发现病毒miR-200c-3p靶向细胞ACE2mRNA的3′UTR。SARS-CoV-2感染细胞中存在大量可能改变转录后调控的选择性剪接事件，宿主来源的miRNA作为调节因子与病毒基因组相互作用参与这些剪接过程[16]。一些人类miRNA可以靶向SARS-CoV-2基因组各区域，例如，hsamiR-17-5p、hsa-miR-20b-5p和hsa-miR-323a-5p靶向可读框1ab区域[21]，miR-374a-3p靶向刺突蛋白基因[16]。7个与病毒mRNA完全互补的人类miRNA已被鉴定，其中miR-3611、miR-3691-3p和miR1468-5p在可读框1a上，miR-5197和miR-3934-3p在S区上，miR-8066和miR-1307-3p在N区上[22-23]。

病毒来源的miRNA靶向宿主多个特定通路，劫持宿主miRNA，保护病毒mRNA免受降解，抑制细胞凋亡与自噬。而细胞来源的miRNA吸附病毒mRNA的3'-UTR，导致这些miRNA与宿主mRNA的结合减少，改变了宿主基因的表达。两种来源的miRNA形成作用网络对SARS-CoV-2产生了双重作用[24]，它们在感染细胞选择性剪接过程中的具体作用机制还有待进一步研究。

5 选择性剪接调控干扰素刺激基因网络的抗病毒作用

有证据表明，SARS-CoV-2对干扰素敏感[25]。干扰素与其诱导的干扰素刺激基因(interferon stimulated genes，ISGs)为机体建立抗病毒状态，ISGs在宿主细胞内的选择性剪接可改变ISGs蛋白的定位和活性[26-27]。Banerjee等[14]模拟经干扰素信号介导的碱性磷酸酶报告基因，发现该干扰素应答基因在Nsp16的表达和添加干扰剪接体组装的小分子时受到强烈抑制。此外，SARS-CoV-2的mRNA 3′端有大量CpG位点，ISGs编码的锌指抗病毒蛋白可靶向这些CpG位点，也可通过产生不同长度的锌指抗病毒蛋白亚型来限制病毒基因组的表达[28]。

6 小结

自新冠病毒被鉴定后，许多研究证明了病毒与宿主细胞之间通过各种相互作用增加其各自的蛋白表达形式并调控对方的基因表达。病毒Nsp、miRNA、宿主蛋白相互作用调控宿主基因表达的多个剪接环节，发挥协助病毒感染和增强宿主抗病毒免疫反应的作用。目前，备受关注的是干扰素刺激的下游靶基因网络通过选择性剪接作用抑制病毒的入侵和复制。在SARS-CoV-2感染过程中，探索这些RNA剪接事件有利于为未来开发新的治疗方法与防控新型冠状病毒肺炎提供新的思路。