AUF1在病毒感染及相关炎症反应中的调控作用

段淳槟，王天楹，钟照华

哈尔滨医科大学基础医学院微生物学教研室，哈尔滨 150081



AUF1在病毒感染及相关炎症反应中的调控作用

段淳槟，王天楹，钟照华

哈尔滨医科大学基础医学院微生物学教研室，哈尔滨 150081

摘要：富含AU元件的RNA结合蛋白1(AU-rich element binding factor 1，AUF1)具有剪接加工前体mRNA、转运和降解成熟mRNA的功能，同时调节带有富含AU元件(AU-rich element，ARE)的mRNA翻新。AUF1通过介导炎性细胞因子及其反应从而控制炎症进程。研究表明，AUF1与肠道病毒71型的内部核糖体进入位点(internal ribosome entry site，IRES)结合并与其交互负性调节病毒翻译与复制，它还可被募集到柯萨奇病毒B3型和肠道病毒71型诱导的应激颗粒中。

关键词：富含AU元件的RNA结合因子1；富含AU元件；mRNA；双重调控

许多原癌基因、生长因子、细胞因子和细胞周期基因受转录调控，主要机制是控制RNA转录相关不稳定顺式异构体的转化率。目前，只有极少数调节因子被确定可控制大部分靶mRNA，表明对控制机制的微小扰动可能产生广泛的影响[1]。mRNA 转录水平受其衰变率的控制。编码原癌基因、生长因子和细胞因子等的相关基因均受稳定mRNA的调控，因此扰乱mRNA调控与翻译功能可能促使炎症与癌症的发生[2-3]。事实上，许多最有生理效力的蛋白质是由短寿命mRNA编码的[4]，其中有很多富含AU元件(AU-rich element，ARE)。

ARE是稳定mRNA最常见的特殊序列之一，位于mRNA 3′端非编码区，50~150个碱基，是mRNA上一类十分重要的顺式调控元件，在细胞生长、分化和免疫反应的基因转录调控中发挥重要作用[5]。ARE通过与反式作用RNA结合蛋白联合，控制mRNA的转化和翻译活动。ARE结合蛋白(ARE-binding protein，ARE-BP)通过ARE序列与mRNA相互作用，促进其脱腺苷化和降解[6]。

ARE的RNA结合因子1(AU-rich element RNA-binding factor 1，AUF1)也称不均一核糖核蛋白D(heterogeneous nuclear ribonucleoprotein D，hnRNP D)，是ARE-BP中最早被发现并被纯化及克隆的。AUF1的编码基因位于4号染色体上(4q21)，在基因转录时，通过分子选择性剪切产生4个亚型，根据大小分别称为p37 AUF1、p40 AUF1、p42 AUF1和p45 AUF1[7]。已证明AUF1的4个亚型有多种不同功能，包括目标ARE mRNA的稳定及衰变，以及某些受差异亚细胞位置、表达水平、翻译后修饰控制的基因的转录激活，从而维护基因组的完整性[8-9]。

AUF1主要分布于细胞核，作为穿梭蛋白，参与真核细胞的早期RNA加工，并通过穿梭作用携带RNA进行核质运输，从而保证RNA的稳定性[10]。AUF1通常被认为促进许多靶mRNA衰变，包括编码细胞周期调节蛋白(cyclin D1、p21、p27、p16和pRB)、癌基因蛋白(Fos、JunD和Myc)、凋亡相关蛋白(Bcl-2和Bax)及炎症因子的基因〔如白细胞介素1β(interleukin 1β，IL-1β)、IL-6、IL-8、粒细胞集落刺激因子(granulocyte-macrophage colony stimulating factor，GM-CSF)和肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor α，TNF-α)〕。至少部分通过这些交互作用，AUF1参与细胞增殖、衰老、免疫反应和应激等细胞进程[11]。

AUF1被证明能调节mRNA转化、mRNA稳定或去稳定，在一些细胞环境中能在转录后水平和翻译水平甚至转录水平调节基因表达[6]。AUF1通过调节包含3′-非翻译区(untranslated region，UTR)ARE mRNA的表达途径，控制各类生理功能，从而协调与各类生理功能相关的通路[4,12]。

AUF1参与编码原癌基因、细胞凋亡和细胞周期的调节。通过募集至mRNA使mRNA稳定或去稳定，可促进或拮抗肿瘤的发生和发展，在肿瘤性疾病中AUF1功能改变会导致严重后果[13]。因此，AUF1的表达水平及功能必须受到严格监管，以维持正常的细胞稳态。

1AUF1在病毒感染中的作用

AUF1作为参与mRNA稳定性的一种细胞蛋白，可直接与病毒的5′-非编码区(non-coding region，NCR)结合，从而在不同病毒复制和翻译周期中发挥作用，并抑制整体病毒滴度[14]。目前，在小RNA病毒科柯萨奇病毒和人鼻病毒的感染过程中，AUF1的定位功能对病毒滴度的抑制作用及3C蛋白酶的解离作用均已得到证实[14-16]。

AUF1与肠道病毒71型(enterovirus 71，EV71)的内部核糖体进入位点(internal ribosome entry site，IRES)结合并负性调节IRES依赖的翻译和病毒复制[17]。将感染细胞中的AUF1敲除，可促进病毒蛋白合成和病毒滴度增加，证实AUF1与EV71 RNA及其高度结构化的5′-UTR在体外进行交互作用并负性调节病毒蛋白合成[14,17]。

在B组柯萨奇病毒(coxsackievirus B，CVB)感染中，AUF1通过结合CVB RNA的3′-UTR，将其靶向降解并负性调节CVB在哺乳动物细胞中的复制，从而发挥抗病毒作用。然而，CVB似乎可在某种程度上通过促进AUF1定位和AUF1水解而对抗这一抑制作用[14]。有研究[18]发现AUF1与病毒作用的另一种方式：AUF1可被募集至CVB诱导的应激颗粒(stress granule，SG)中。SG是应激发生时细胞中产生的细胞质颗粒，在CVB3感染的细胞中可发现SG产生，通过对某些已知SG标记进行共定位检测，可证实其对CVB感染的应答。通过检测AUF1与SG标记共定位，发现AUF1被募集至高剂量CVB3诱导的SG中，成为针对病毒感染的SG新组成部分，作为稳定或不稳定因子在应激应答中发挥重要作用[19]。

对RNA加工的控制在人类免疫缺陷病毒(human immunodeficiency virus，HIV)表达中起重要作用。AUF1表达减少会降低HIV-1 Gag和Env的合成[20]。AUF1缺失并未导致病毒RNA丰度发生变化，只是减少细胞质中HIV-1 RNA的拼接和剪接[21-22]。在由细胞核至细胞质的亚细胞环境中，AUF1(主要为p42亚型)的重大转变会导致HIV-1感染。对AUF1亚型的分析表明，p37和p40亚型会从整合前病毒抑制Gag表达，而p42和p45亚型促进这一过程[20]。这一事实表明，通过对AUF1各亚型丰度的调节，HIV-1在细胞中能否复制是可控的，选择性清除p42和p45亚型导致HIV-1结构蛋白表达缺失证实了这一假设。

2AUF1在相关炎症反应中的作用

2.1AUF1维护细胞正常老化及维持端粒正常化

许多炎症相关疾病与端粒侵蚀的加速及DNA损伤、细胞衰老、老化标记的增加相关。研究[23]发现，AUF1激活端粒酶表达，维护正常染色体端粒的长度，从而抑制细胞衰老和维持正常老化，并耦合衰减的炎症反应。与正常小鼠相比，AUF1缺失小鼠经受了显著的端粒侵蚀，增殖性细胞中的平均端粒长度严重减少，且无法维持端粒的最短长度，端粒末端DNA损伤反应显著增加，出现显著的细胞衰老，且随损伤反应连续世代增加细胞迅速提早老化，而通过再供应AUF1表达可挽救AUF1敲除小鼠及其人工培养细胞。细胞周期检查点基因的稳定性增加促进了细胞衰老[24]，AUF1与之结合并将其破坏，从而延缓了细胞衰老的进程。

2.2AUF1介导炎性细胞因子反应

RNA结合蛋白(包含 AUF1)介导的细胞因子mRNA降解在某种程度上促进炎性细胞因子反应的中止。ARE可调节许多促炎蛋白、趋化因子、细胞因子等mRNA的降解，此作用称ARE介导的降解(ARE-mediated decay，AMD)[25-26]。AUF1与ARE相互作用，通过AMD途径使炎性细胞因子mRNA衰变并破坏稳定的炎性细胞因子，从而减轻炎性细胞因子反应。该途径不仅有利于机体迅速清除入侵病原体，还可有效防止免疫过度对机体自身的损伤。研究[12]表明，缺乏一或两个AUF1基因拷贝的小鼠无法正常降解细菌内毒素诱导的炎性细胞因子mRNA，导致内毒素休克。

3结语

AUF1作为最早被发现并被纯化克隆的ARE结合蛋白，在细胞内基因表达调节过程中发挥重要作用。然而在目前研究中，AUF1发挥生物学效应的分子机制及其在病毒感染与炎症反应中协调功能相关的信号通路尚未完全明确，其所处生理环境的不同及各亚型表达水平与亚细胞定位的差异，均可影响生物学效应的发挥，尚需进一步研究。

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2015年度《微生物与感染》“一健康基金”优秀论文获奖名单

为鼓励作者积极投送优质稿件，提高杂志学术质量，提升杂志学术地位，《微生物与感染》编委会决定2015年起从本刊当年刊登的文章中评选优秀论文并予以表彰，其中一等奖1名、二等奖2名，奖金由“一健康基金”提供。本届评奖委员会由本刊主编及副主编组成，对本刊2015年所有发表文章的创新性、时效性、严谨性及应用性等多方面进行了评定，并获得“一健康基金”管理委员会的批准。奖状及奖金由“一健康基金”颁发。

一等奖：

论文题目：PTEN通过下调自噬活性抑制登革病毒2型感染

作者：高婷婷，秦照玲，王岩，陶清源，任浩，赵平，戚中田

单位：第二军医大学微生物学教研室, 上海市医学生物防护重点实验室

二等奖(排名不分先后)：

论文题目：致病性曲霉的耐药性研究进展

作者：王千，李若瑜，刘伟

单位：北京大学第一医院皮肤性病科，北京大学真菌与真菌病研究中心，皮肤病分子诊断北京市重点实验室

论文题目：γ干扰素释放试验与结核菌素皮肤试验筛查预测活动性结核病的比较

作者：阮巧玲，邵凌云，吴晶，张舒，虞胜镭，王森，高岩，王菲，张西雁，刘袁媛，饶英，沈瑶杰，张颖，张文宏

单位：复旦大学附属华山医院感染科；重庆市肺科医院

《微生物与感染》编辑部

Corresponding author. ZHONG Zhaohua, E-mail: zhongzh@ems.hrbmu.edu.cn

·综述·

Role of AUF1 in viral infection and related inflammation

DUAN Chunbin, WANG Tianying, ZHONG Zhaohua

Department of Microbiology, School of Basic Medical Sciences, Harbin Medical University, Harbin 150081, China

Abstract:Regulated messenger RNA (mRNA) decay is an essential mechanism that governs proper control of gene expression. AU-rich element RNA-binding factor 1 (AUF1) exhibits the characteristics of a trans-acting factor contributing to the rapid turnover of many cellular mRNAs. AUF1 controls the process of inflammation by mediating inflammatory cytokines and their responses. Studies show that AUF1 binds the internal ribosome entry site (IRES) of enterovirus 71 (EV71) and interacts with IRES to negatively regulate viral translation and replication. AUF1 could be recruited to the stress granules induced by coxsackievirus B3 and enterovirus 71.

Key words:AU-rich element RNA-binding factor 1; AU-rich element; mRNA; Double regulation

收稿日期：(2015-12-01)

通信作者：钟照华

基金项目：国家自然科学基金(31300144、81271825)