细胞感应器DAP5解码β冠状病毒NSP5以驱动病毒诱导的衰老

《Frontiers in Immunology》：Cellular sensor DAP5 decodes Betacoronaviral NSP5 to drive virus-induced senescence

本文聚焦于严重急性呼吸综合征冠状病毒2（SARS-CoV-2）如何通过其主蛋白酶NSP5切割宿主蛋白DAP5，将受感染细胞的命运从凋亡“重编程”为衰老，从而创造利于病毒复制的稳定环境。研究揭示了NSP5-DAP5-p53/NF-κB轴驱动病毒诱导衰老（VIS）的具体机制，并发现宿主E3泛素连接酶TRIM7可通过Gln C-degron介导的泛素化降解DAP5片段，从而限制病毒复制，为理解宿主与病毒在细胞命运层面的“攻防战”提供了新视角。

　　

SARS-CoV-2将细胞命运从凋亡转向衰老以增强病毒复制

为了模拟自然感染的早期阶段，研究采用低感染复数（MOI）的SARS-CoV-2感染细胞，并在感染后48小时内进行分析。在感染的细胞中检测到了凋亡关键效应因子caspase 3的切割，表明细胞成功启动了凋亡通路。然而，在多种表达ACE2的细胞系中，利用Annexin V和碘化丙啶（PI）检测并未观察到表型上的细胞凋亡。相反，受感染细胞表现出强烈的β-半乳糖苷酶活性，衰老标志基因CDKN1A、CDKN2A、IL1A和IL8表达上调，同时核纤层蛋白B1（Lamin B1）水平降低，这些结果表明SARS-CoV-2诱导了病毒诱导衰老（VIS）。研究进一步证实，作为衰老关键启动因子的p21（由CDKN1A编码）是SARS-CoV-2诱导VIS所必需的，而细胞衰老促进了病毒的复制。

NSP5介导DAP5切割并抑制凋亡

研究聚焦于caspase 3下游的效应分子DAP5。DAP5是eIF4G蛋白家族成员，在凋亡条件下可被caspase 3在₇₈₉DETD₇₉₂位点切割，产生促凋亡的N端片段DAP5_1-792。研究发现，SARS-CoV-2感染能切割内源性DAP5，且该切割事件可被NSP5抑制剂Nirmatrelvir阻断。进一步的实验表明，SARS-CoV-2编码的蛋白酶NSP5能够特异性切割DAP5，产生一个约50 kDa的N端片段，这与caspase 3切割产生的约90 kDa片段DAP5_1-792截然不同。NSP5不仅阻止了促凋亡片段DAP5_1-792的积累，还将DAP5加工成不同的片段，从而有效阻断了凋亡通路。

NSP5在Q451位点切割DAP5

研究人员通过构建基于荧光共振能量转移（FRET）的报告系统，在DAP5的四个潜在NSP5切割位点（Q299, Q451, Q491, Q685）中，成功鉴定出Q451是NSP5的特异性切割位点。点突变实验和蛋白印迹分析进一步证实，将DAP5的第451位谷氨酰胺（Q）突变为丙氨酸（A）后，可抵抗NSP5的切割。NSP5在Q451位点的切割产生了两个片段：N端片段DAP5_1-451和C端片段DAP5_452-907。

NSP5介导的DAP5切割诱导细胞衰老并增强病毒复制

研究发现，在DAP5 Q451位点突变的细胞中，SARS-CoV-2感染或NSP5过表达均无法诱导细胞衰老，且病毒复制显著减弱，表明NSP5在Q451位点切割DAP5对于诱导VIS和促进病毒复制至关重要。为了确定哪个片段负责诱导衰老，研究人员分别过表达了DAP5全长（DAP5-FL）、DAP5_1-451和DAP5_452-907。结果显示，仅有DAP5_1-451能够单独诱导衰老相关特征，如β-半乳糖苷酶活性升高、衰老相关基因表达上调，并能显著增强SARS-CoV-2的复制。而其促病毒效应依赖于CDKN1A。

DAP5_1-451驱动衰老驱动基因CDKN1A的表达

机制研究表明，DAP5_1-451主要定位于细胞核，而全长DAP5和C端片段则主要位于细胞质。染色质免疫共沉淀测序（ChIP-seq）分析发现，DAP5_1-451的结合峰富集在CDKN1A基因座上游-8 kb（Peak1）和下游+3 kb（Peak2）的区域，这两个区域富含组蛋白修饰H3K4me2和H3K27Ac，提示其为潜在的顺式调控元件（如增强子）。双荧光素酶报告基因实验证实，DAP5_1-451可通过结合Peak1和Peak2来增强CDKN1A的转录活性。

DAP5_1-451增强NF-κB转录活性

衰老相关分泌表型（SASP）是VIS的另一重要特征，主要由核因子κB（NF-κB）信号通路调控。研究发现，SARS-CoV-2感染可适度激活NF-κB通路，而DAP5_1-451（而非全长DAP5或C端片段）能直接增强NF-κB的反式激活活性。此外，DAP5_1-451与NF-κB转录因子p50存在相互作用，这表明其通过增强经典的NF-κB信号通路来促进SASP相关因子的产生。

DAP5_1-451的核转位依赖于p53

DAP5_1-451和全长DAP5均不含有预测的核定位信号（NLS），也未发现其与核输入蛋白（importin）相互作用。研究发现，DAP5_1-451的核转位依赖于转录因子p53。两者之间存在直接的蛋白相互作用。在p53表达水平较低的Hela细胞或TP53敲低的HEK293T细胞中，DAP5_1-451的核定位显著减少，证实了其核输入是p53依赖性的。

TRIM7通过促进DAP5_1-451降解来增强抗病毒活性

DAP5_1-451的C末端为谷氨酰胺（Q），这使其成为宿主E3泛素连接酶TRIM7的潜在底物，因为TRIM7可通过识别Gln C-degron介导泛素化降解。研究发现，DAP5_1-451通过泛素-蛋白酶体途径降解1–451 in HEK293T cells treated with cycloheximide (CHX) and MG132.">。TRIM7能与DAP5_1-451相互作用并促进其通过K48连接的多聚泛素化修饰而降解1–451 and HA-TRIM7. Panel D shows Co-IP analysis of the ubiquitin chain linkages on Flag-DAP5_1-451.">。TRIM7的表达水平与SARS-CoV-2的复制呈负相关，且在重症COVID-19患者中，TRIM7的表达水平较低。进一步的蛋白质稳定性分析和突变实验证实，TRIM7通过识别DAP5_1-451C末端的“SQLQ”序列（一种延伸的Gln C-degron）来靶向其进行降解。

讨论

本研究表明，在低MOI感染的早期阶段，SARS-CoV-2通过其主蛋白酶NSP5切割宿主蛋白DAP5，将细胞命运从凋亡“重编程”为衰老。DAP5在此过程中充当了细胞的“稳态传感器”，解码来自宿主（caspase 3）或病毒（NSP5）的蛋白酶信号，进而触发不同的细胞命运程序。NSP5切割产生的N端片段DAP5_1-451依赖于p53进入细胞核，通过结合CDKN1A基因座的调控区域上调p21表达导致细胞周期停滞，并通过增强NF-κB转录活性促进SASP，共同驱动VIS，为病毒复制创造有利环境。同时，宿主通过TRIM7介导的、针对DAP5_1-451C末端Gln degron的泛素化降解，来对抗这一过程并限制病毒复制。该研究阐明的“NSP5-DAP5-p53/NF-κB-TRIM7”调控网络，不仅揭示了SARS-CoV-2诱导衰老的分子机制，也为理解β冠状病毒的致病策略和开发潜在治疗干预手段（如靶向DAP5切割或增强TRIM7活性）提供了新的见解。