角膜HSV-1感染通过SOCS1/3介导的STING-IFN-λ信号抑制促进病毒向中枢神经系统传播的机制研究

《Cell Reports》：Herpes simplex virus type 1 disseminates from the cornea to the CNS in mice by thwarting type III interferon immune defenses

　　本研究针对单纯疱疹病毒1型（HSV-1）如何突破角膜先天免疫屏障传播至中枢神经系统（CNS）这一关键科学问题，通过体内外实验发现HSV-1 ICP0蛋白上调角膜上皮细胞SOCS1和SOCS3表达，其中SOCS3通过诱导STING蛋白K48连接泛素化降解抑制IFN-λ产生，而SOCS1通过阻断STAT1磷酸化抑制IFN-λ抗病毒应答。研究证实STING激动剂diABZI或外源性IFN-λ处理可有效阻断病毒向CNS传播，为角膜HSV-1感染相关神经性疾病提供了潜在治疗策略。

　　

在病毒与宿主永恒的军备竞赛中，单纯疱疹病毒1型（HSV-1）展现出了令人惊叹的进化智慧。这种神经嗜性双链DNA病毒在全球范围内感染率极高，一旦入侵人体，便会在黏膜上皮细胞建立初始感染，随后潜入周围感觉神经建立终身潜伏感染，伺机而动。最令人担忧的是，在某些情况下，HSV-1能够从周围神经逆行传播至中枢神经系统（CNS），引发致命的疱疹性脑炎（HSE），导致不可逆的神经元损伤。角膜作为HSV-1入侵的重要门户，其上皮细胞（CECs）为病毒复制提供了温床，而病毒如何巧妙规避角膜固有的免疫防御机制，成功实现向CNS的"远征"，一直是困扰科学界的谜团。

以往研究表明，干扰素（IFN）反应是宿主对抗病毒入侵的第一道防线。其中，III型干扰素（IFN-λ）在上皮细胞屏障部位扮演着至关重要的守卫者角色。与广泛作用的I型干扰素（IFN-α/β）不同，IFN-λ能更精准地在黏膜部位发挥抗病毒效应。cGAS-STING信号通路是感知胞内DNA病毒并触发IFN产生的关键途径。当cGAS识别HSV-1的DNA后，会合成第二信使cGAMP，激活内质网上的STING，进而通过TBK1激酶磷酸化IRF3，诱导IFN-λ的产生。然而，狡猾的HSV-1已经进化出多种对抗IFN系统的策略，其在角膜部位的具体免疫逃逸机制尚不清晰。

为了解决这一科学问题，深圳大学医学部免疫学研究所的周健、肖小梅等研究人员在《Cell Reports》上发表了他们的最新发现。他们通过构建小鼠角膜HSV-1感染模型，综合运用分子生物学、细胞生物学和免疫学技术，揭示了病毒通过上调SOCS1和SOCS3表达，精准抑制STING-IFN-λ信号通路，从而成功突破角膜免疫屏障并向CNS传播的新机制。

研究采用的关键技术方法包括：利用基因敲除小鼠（Sting^-/-、Irf3^-/-、Ifnlr1^-/-）验证特定基因功能；构建ICP0缺陷型HSV-1（ΔICP0）及其回复病毒（ICP0R）探究病毒蛋白作用；通过体外细胞感染模型（原代小鼠角膜上皮细胞mCECs和来自人供体角膜的上皮细胞hCECs）进行机制探索；运用免疫共沉淀（Co-IP）、蛋白质印迹（Western blot）、免疫荧光等技术分析蛋白相互作用和表达；采用siRNA体内外敲低基因表达进行功能获得/缺失研究；以及使用STING激动剂diABZI和外源性IFN-λ进行治疗干预评估。

HSV-1通过抑制STING-IFN-λ信号从角膜传播至CNS

研究人员首先证实了角膜HSV-1感染确实会导致病毒向三叉神经和海马体传播。通过监测病毒感染动力学，他们发现角膜中的病毒滴度在感染后24小时达到峰值，同时在感染后24至72小时，三叉神经和海马组织中检测到有效的病毒复制。免疫荧光结果直观显示，HSV-1在感染后6小时于CD326⁺的角膜上皮细胞内复制，12小时后扩散至TUJ1⁺的三叉神经，24小时后则出现在NeuN⁺的海马神经元中。

进一步的研究发现，随着感染的进行，角膜组织中STING蛋白表达水平以及TBK1和IRF3的磷酸化程度逐渐下降，STAT1的磷酸化也受到抑制。在感染早期，IFN-λ蛋白水平以及Isg15和Mx1等干扰素刺激基因（ISGs）的转录本短暂上调，但IFN-α和IFN-β的表达基本不变。随着感染进程，HSV-1显著抑制了角膜中IFN-λ和ISGs的表达。这一现象在原代mCECs感染模型中也得到重现，表明HSV-1可能通过抑制角膜上皮细胞中的STING-IFN-λ信号通路来逃避免疫清除。

STING-IFN-λ信号缺陷促进HSV-1向CNS传播并加剧角膜上皮屏障功能障碍

为了确认STING-IFN-λ信号的重要性，研究使用了STING抑制剂C176以及Sting^-/-基因敲除小鼠。结果表明，抑制或敲除STING会削弱角膜TBK1-IRF3-STAT1通路激活、降低IFN-λ表达和抗病毒应答，导致角膜和海马体的病毒载量显著增加，加速了病毒向CNS的传播。更重要的是，STING信号的缺失还促进了角膜上皮细胞的凋亡，削弱了其增殖修复能力，导致角膜上皮变薄，破坏了角膜屏障的完整性。类似地，Irf3^-/-小鼠和Ifnlr1^-/-（IFN-λ受体缺陷）小鼠在角膜HSV-1感染后，也表现出角膜IFN-λ分泌减少、抗病毒反应减弱、病毒向CNS传播增强以及角膜屏障受损的表型。这些结果明确了STING-IRF3-IFN-λ轴在限制角膜HSV-1感染和阻止病毒向CNS传播中的核心作用。

HSV-1诱导角膜SOCS3介导的STING蛋白酶体降解以拮抗IFN-λ信号

机制探索部分，研究人员将目光投向了细胞因子信号抑制因子（SOCS）家族。他们发现，在HSV-1感染的小鼠角膜和mCECs中，Socs1和Socs3的mRNA和蛋白表达水平均持续上调。通过使用ΔICP0病毒，他们证实HSV-1的立即早期蛋白ICP0是上调SOCS1和SOCS3表达的关键病毒因子。

深入的机制研究表明，SOCS3能够与STING蛋白直接相互作用，而SOCS1则不能。通过siRNA敲低SOCS3表达，可以逆转HSV-1介导的STING蛋白降解，恢复STING、TBK1和IRF3的磷酸化水平，并增强IFN-λ的产生，从而有效抑制病毒复制。蛋白酶体抑制剂MG132的处理能够阻断HSV-1诱导的STING降解，并恢复下游信号通路的激活和IFN-λ产生，且这一效应依赖于STING的存在。在体实验中，通过角膜局部给予SOCS3 siRNA敲低其表达，同样能够显著增强角膜IFN-λ产生并抑制病毒复制。这些结果说明SOCS3通过蛋白酶体途径促进STING降解，进而抑制IFN-λ信号。

SOCS3靶向STING Lys275位点进行K48连接泛素化

研究人员进一步阐明了SOCS3降解STING的分子细节。过表达SOCS3会以剂量依赖的方式降低STING蛋白水平，而MG132处理可以挽救这一效应。通过构建SOCS3截断体，他们发现其SH2结构域和C端的SOCS box区域对于诱导STING泛素化和降解至关重要。免疫共沉淀实验证实，SOCS3能够促进STING发生K48连接的多聚泛素化，而不是K63连接。通过点突变筛选，他们最终确定STING蛋白的第275位赖氨酸（Lys275）是SOCS3介导泛素化的关键位点。

HSV-1通过诱导SOCS1表达抑制角膜IFN-λ诱导的STAT1激活

另一方面，研究团队探讨了SOCS1的作用。他们发现，在HSV-1感染过程中，SOCS1的稳定上调伴随着STAT1磷酸化的逐渐抑制。敲低SOCS1表达能够增强HSV-1感染的mCECs中STAT1的磷酸化水平（但不影响STING表达或IFN-λ产生），进而提高ISGs的表达，抑制病毒复制。过表达SOCS1则会抑制IFN-λ诱导的STAT1磷酸化和ISGs表达，削弱IFN-λ的抗病毒活性。在体实验中，敲低角膜SOCS1表达同样能增强ISGs表达（而非IFN-λ水平）并限制病毒复制。这表明SOCS1主要通过抑制IFN-λ下游的STAT1信号通路来帮助病毒逃逸抗病毒免疫。

STING激动剂激活角膜STING-IFN-λ信号以限制HSV-1向CNS传播

基于上述发现，研究人员尝试通过药理学手段干预该通路。给小鼠腹腔注射STING激动剂diABZI后，角膜组织中STING、IRF3和STAT1的磷酸化水平显著提高，IFN-λ和ISGs表达大幅上调。更重要的是，diABZI处理有效抑制了角膜和海马体的病毒载量，阻断了病毒向CNS的传播。

IFN-λ对HSV-1向CNS传播具有预防和治疗作用

研究还评估了外源性IFN-λ的干预效果。在预防性模型中，皮下注射IFN-λ预处理可诱导角膜STAT1激活和ISGs表达，显著降低感染后角膜和海马体的病毒负荷，并减轻炎症反应。在治疗性模型中，感染后皮下或角膜局部给予IFN-λ同样能有效抑制病毒复制和传播，保护角膜上皮屏障完整性。这些结果表明，无论是全身还是局部给予IFN-λ，都能有效限制HSV-1的传播。

综上所述，本研究深入揭示了HSV-1利用其ICP0蛋白上调角膜上皮细胞中SOCS1和SOCS3的表达，从而瓦解宿主STING-IFN-λ抗病毒防御体系的新机制。SOCS3通过诱导STING的K48连接泛素化降解来抑制IFN-λ的产生，而SOCS1则通过阻断STAT1信号抑制IFN-λ的抗病毒效应。这两条通路协同作用，为病毒开辟了从角膜通向中枢神经系统的道路。该研究不仅深化了对疱疹病毒免疫逃逸策略的理解，更重要的是，通过使用STING激动剂和IFN-λ进行成功干预，为预防和治疗由角膜HSV-1感染引发的严重神经系统并发症提供了有前景的新策略。尽管研究存在一定的局限性，例如ICP0调控SOCS1/3的具体分子机制以及STING下调为何选择性影响IFN-λ而非IFN-α/β尚不完全清楚，但其发现无疑为未来的基础研究和临床转化开辟了新的方向。