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2021年3月，来自英国牛津大学的McKeating研究团队在Nature communications上发表了题为“Circadian control of hepatitis B virus replication”的文章，该文章发现昼夜节律转录因子（BMAL1、REV-ERBα）会影响乙型肝炎病毒的生命周期，这种病毒-宿主间的相互作用影响了细胞和动物模型中的病毒感染过程。 ——背景—— 慢性乙型肝炎病毒（HBV）感染是一些肝脏疾病和癌症的主要原因，目前没有治愈疗法，治愈感染的主要挑战是消除或沉默病毒基因组的共价闭合环状DNA（cccDNA）。昼夜节律因子BMAL1/ CLOCK和REV-ERBα是肝脏转录组的主要调控因子，2019年，该研究组发现昼夜节律元件BMAL1和REV-ERBα影响丙型肝炎病毒（HCV）的生命周期，包括病毒侵染肝细胞和RNA基因组复制，但它们在HBV复制中的作用尚不清楚。 HBV是嗜肝DNA病毒科家族的成员，其DNA是一种松弛双连环状DNA（rcDNA），长度约为3200 bp，与HBV聚合酶共价连接。病毒可以通过细胞表面受体NTCP进入肝细胞，随后rcDNA进入肝细胞核内，转化为共价闭合环状DNA（cccDNA），并整合到人体基因组中，使其病毒DNA形式能稳定存在。而这也正是HBV能在体内维持长期慢性感染且难以清除的关键。 ——结果—— 为了研究昼夜节律在HBV生命周期中的作用，作者首先评估了NTCP表达是否有节律性，作者选取了HepaRG细胞系来进行试验，结果发现NTCP表现出和Bmal1/REV-ERBα类似的节律性震荡，并且其相位与BMAL1相同（图1b,c）。 由于REV-ERBα是BMAL1的主要转录抑制因子，作者继续研究REV-ERB在调节NTCP中的作用，发现沉默REV-ERBα后 NTCP mRNA水平增加。说明REV-ERBα 是NTCP的转录抑制子（图1d）。
图1 REV-ERBα 调控NTCP的节律性表达 REV-ERBα和BMAL1分别通过ROR元件（RORE）或E-box来调节基因表达。NTCP启动子区域包含两个RORE基序，作者进行了Chip-qPCR分析，发现REV-ERBα结合的染色质中有显著RORE富集（图2），说明REV-ERBα直接影响了NTCP表达和功能。
图2 NTCP的表达受到REV-ERBα的直接调控 随后作者构建了HBV感染体系，用SR9009（REV-ERBα的激动剂）预处理dHepaRG细胞，然后进行HBV感染，并通过检测细胞内cccDNA、RNA和病毒抗原表达来衡量病毒复制情况，结果发现病毒侵染明显减弱了（图3），这些数据表明，SR9009激活REV-ERBα可抑制HBV侵染靶细胞。
因为HBV一旦感染就会在肝细胞中长期存在，作者继续研究REV-ERBα激动剂在调节HBV DNA复制中的作用，结果发现SR9009处理HBV感染的dHepaRG细胞后RNA、病毒抗原都显著降低，但cccDNA水平没有变化，表明激动剂抑制病毒转录。 因此作者继续研究REV-ERBα抑制HBV转录的机制，分析了病毒的基因组，发现病毒基因组中存在9个E-box，作者猜想或许BMAL1调控了HBV的转录过程，chip qPCR发现BMAL1与E-box5区域有很明显的结合富集（图4），说明BMAL1与HBV 的基因组结合调控其转录过程，在体内的小鼠实验中也得到了相同的结论。
图4 BMAL1调控HBV的转录 ——小结—— 综上，作者发现了昼夜节律时钟在HBV复制中的双重作用：首先，REV-ERBα可以抑制NTCP表达影响HBV进入肝细胞；其次，BMAL1结合在HBV的基因组上并增强病毒启动子转录活性。而REV-ERBα的药理学激活可以通过两种方式抑制病毒的侵染和复制过程，为以后HBV的治疗提供了一个新型的治疗手段（图5）。
图5 生物钟转录调控因子REV-ERBα和BMAL1调控HBV的生命周期 参考文献 ZhuangX, McKeating JA, et al. Circadian control of hepatitis B virus replication. Nat Commun. 2021,12(1):1658. doi:10.1038/s41467-021-21821-0. |
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