乙型肝炎病毒(HBV)感染的自然控制機(jī)制長期以來一直是一個有趣的問題。考慮到肝臟僵硬的廣泛生理范圍,以及對機(jī)械微環(huán)境在穩(wěn)態(tài)和疾病中的作用的日益關(guān)注,研究了物理基質(zhì)線索如何影響HBV復(fù)制。

2024年9月27日,復(fù)旦大學(xué)陳捷亮、張繼明、袁正宏共同通訊在Nature Communications在線發(fā)表題為“Liver mechanosignaling as a natural anti-hepatitis B virus mechanism”的研究論文,該研究揭示了一種涉及肝細(xì)胞機(jī)械環(huán)境和YAP清除肝臟嗜肝病毒感染的機(jī)制,為HBV治療研究和抗病毒藥物的開發(fā)提供了新的視角。

高基質(zhì)硬度顯著抑制HBV復(fù)制并激活原代肝細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)中的YAP,這是機(jī)械信號傳導(dǎo)的關(guān)鍵分子。YAP激活顯著抑制HBV轉(zhuǎn)錄和抗原表達(dá)。一些YAP誘導(dǎo)的基因表現(xiàn)出很強(qiáng)的抗hbv作用。對HBV復(fù)制活躍的男性個體肝組織的單細(xì)胞分析顯示,YAP特征激活與HBV轉(zhuǎn)錄水平之間存在顯著的負(fù)相關(guān)。在雄性小鼠模型中,腹腔注射YAP小分子激動劑可有效控制HBV。

肝炎病毒長期以來對人類健康構(gòu)成威脅,其中乙型肝炎病毒(HBV)危害尤其嚴(yán)重,可導(dǎo)致急性和慢性肝炎,以及肝硬化和肝細(xì)胞癌(HCC)等嚴(yán)重肝臟疾病。實(shí)現(xiàn)HBV治愈仍然具有挑戰(zhàn)性,因為控制和清除病毒的機(jī)制尚未完全了解。細(xì)胞毒性T細(xì)胞介導(dǎo)的殺死感染細(xì)胞被認(rèn)為是病毒清除的主要機(jī)制。此外,“非細(xì)胞溶解”機(jī)制也越來越受到關(guān)注:研究表明,炎性細(xì)胞因子,包括IL-6和干擾素(INFs),可以減少HBV復(fù)制和共價閉合環(huán)狀DNA(cccDNA)庫的維持。INFs刺激基因(ISG),如ISG20、Mx2和APOBEC3A,已知可以降低HBV RNA的穩(wěn)定性,抑制逆轉(zhuǎn)錄,促進(jìn)cccDNA降解。然而,這種控制HBV的效率和細(xì)胞因子以外的因素對病毒限制基因的調(diào)節(jié)仍不清楚。

最近的研究強(qiáng)調(diào)了細(xì)胞外物理微環(huán)境對細(xì)胞功能的影響。基質(zhì)剛度和機(jī)械信號在調(diào)節(jié)細(xì)胞功能和體內(nèi)平衡中起著重要作用,與免疫和疾病密切相關(guān)。肝臟具有獨(dú)特的組織結(jié)構(gòu),肝臟硬度范圍廣(通常為2.0至7.5 kPa)。肝臟硬度超過7.5 kPa可能提示肝組織纖維化,硬度超過12.5 kPa可能提示肝硬化。持續(xù)性肝硬化與嚴(yán)重的肝臟疾病相關(guān),但很少有研究探討僵硬度升高的生理功能和代償意義。有趣的是,研究表明,在急性HBV感染中,肝臟硬度值增加,甚至超過肝纖維化或肝硬化時的值,然后隨著肝損傷逐漸恢復(fù)正常。這些證據(jù)表明機(jī)械力在HBV感染的自然控制過程中可能發(fā)揮作用。

通過YAP通過肝臟機(jī)械信號傳導(dǎo)抗病毒作用的示意圖模型(圖源自Nature Communications)

肝臟微環(huán)境中基質(zhì)硬度升高可歸因于多種因素,其中一些是由微環(huán)境中炎癥過程的刺激引起的。細(xì)胞腫脹等因素也可與物理微環(huán)境相互作用,影響細(xì)胞功能。最近一項使用整合HBV的HepG2.2.15細(xì)胞和HBV轉(zhuǎn)基因小鼠的研究表明,肝臟僵硬限制了肝細(xì)胞中抗病毒ISG的激活,從而促進(jìn)HBV感染的增加,從而促進(jìn)終末期肝病的進(jìn)展。然而,臨床觀察與這些發(fā)現(xiàn)相矛盾甚至相反:在臨床實(shí)踐中,肝硬化和HCC患者的HBV復(fù)制普遍較差,肝纖維化病理較高階段患者的循環(huán)HBV DNA水平明顯較低。研究推測這種差異可能是由于來源于腫瘤細(xì)胞的HepG2.2.15細(xì)胞對來源處外源性增加的基質(zhì)剛度的異常反應(yīng)。因此,研究使用原代細(xì)胞,僅在肝癌細(xì)胞模型中進(jìn)行了敲除或抑制實(shí)驗。同時,HBV轉(zhuǎn)基因小鼠從出生就攜帶HBV,沒有正常的免疫反應(yīng),因此可能對肝臟僵硬沒有心理反應(yīng)。

IFN-α是目前臨床治療HBV和實(shí)現(xiàn)HBV治愈的關(guān)鍵藥物,然而,IFN的抗病毒應(yīng)答率仍然有限。研究沒有發(fā)現(xiàn)YAP激活誘導(dǎo)IFN反應(yīng)。相反,IFN可以引起體內(nèi)肝臟硬度和YAP激活的短暫性增加,這可能在IFN反應(yīng)和抗HBV活性的機(jī)械通信問題中發(fā)揮關(guān)鍵作用。從這個角度來看,研究為進(jìn)一步研究肝臟僵硬度與抗病毒治療反應(yīng)的關(guān)系提供了線索,這需要更多的臨床觀察來闡明。除了影響病毒感染的肝細(xì)胞外,基質(zhì)剛度的力學(xué)特性也會影響免疫細(xì)胞的功能。未來的研究將探索基質(zhì)硬度如何影響免疫細(xì)胞的功能,以及肝臟硬度測量是否可以用來幫助評估患者的免疫反應(yīng)狀態(tài)。此外,積極調(diào)節(jié)細(xì)胞機(jī)械轉(zhuǎn)導(dǎo)微環(huán)境的研究可能有助于改善HBV治療結(jié)果。研究結(jié)果支持使用調(diào)節(jié)YAP信號的藥物作為控制HBV感染的潛在干預(yù)策略,超越傳統(tǒng)的抗病毒信號通路和方法。

因此,研究探討了基質(zhì)硬度的變化如何影響HBV復(fù)制,目的是闡明新的天然抗病毒機(jī)制。利用各種細(xì)胞和小鼠模型,以及來自HBV患者肝組織的單細(xì)胞數(shù)據(jù),研究發(fā)現(xiàn)升高的基質(zhì)硬度顯著抑制HBV復(fù)制。還分析了機(jī)械信號和效應(yīng)基因,希望利用它們來控制HBV病毒感染。

參考消息:

https://www.nature.com/articles/s41467-024-52718-3