乙型肝炎病毒(HBV)感染的自然控制机制长期以来一直是一个有趣的问题。考虑到肝脏僵硬的广泛生理范围,以及对机械微环境在稳态和疾病中的作用的日益关注,研究了物理基质线索如何影响HBV复制。

2024年9月27日,复旦大学陈捷亮、张继明、袁正宏共同通讯在Nature Communications 在线发表题为“Liver mechanosignaling as a natural anti-hepatitis B virus mechanism”的研究论文,该研究揭示了一种涉及肝细胞机械环境和YAP清除肝脏嗜肝病毒感染的机制,为HBV治疗研究和抗病毒药物的开发提供了新的视角。

高基质硬度显著抑制HBV复制并激活原代肝细胞培养系统中的YAP,这是机械信号传导的关键分子。YAP激活显著抑制HBV转录和抗原表达。一些YAP诱导的基因表现出很强的抗hbv作用。对HBV复制活跃的男性个体肝组织的单细胞分析显示,YAP特征激活与HBV转录水平之间存在显著的负相关。在雄性小鼠模型中,腹腔注射YAP小分子激动剂可有效控制HBV。

肝炎病毒长期以来对人类健康构成威胁,其中乙型肝炎病毒(HBV)危害尤其严重,可导致急性和慢性肝炎,以及肝硬化和肝细胞癌(HCC)等严重肝脏疾病。实现HBV治愈仍然具有挑战性,因为控制和清除病毒的机制尚未完全了解。细胞毒性T细胞介导的杀死感染细胞被认为是病毒清除的主要机制。此外,“非细胞溶解”机制也越来越受到关注:研究表明,炎性细胞因子,包括IL-6和干扰素(INFs),可以减少HBV复制和共价闭合环状DNA (cccDNA)库的维持。INFs刺激基因(ISG),如ISG20、Mx2和APOBEC3A,已知可以降低HBV RNA的稳定性,抑制逆转录,促进cccDNA降解。然而,这种控制HBV的效率和细胞因子以外的因素对病毒限制基因的调节仍不清楚。

最近的研究强调了细胞外物理微环境对细胞功能的影响。基质刚度和机械信号在调节细胞功能和体内平衡中起着重要作用,与免疫和疾病密切相关。肝脏具有独特的组织结构,肝脏硬度范围广(通常为2.0至7.5 kPa)。肝脏硬度超过7.5 kPa可能提示肝组织纤维化,硬度超过12.5 kPa可能提示肝硬化。持续性肝硬化与严重的肝脏疾病相关,但很少有研究探讨僵硬度升高的生理功能和代偿意义。有趣的是,研究表明,在急性HBV感染中,肝脏硬度值增加,甚至超过肝纤维化或肝硬化时的值,然后随着肝损伤逐渐恢复正常。这些证据表明机械力在HBV感染的自然控制过程中可能发挥作用。

通过YAP通过肝脏机械信号传导抗病毒作用的示意图模型(图源自Nature Communications )

肝脏微环境中基质硬度升高可归因于多种因素,其中一些是由微环境中炎症过程的刺激引起的。细胞肿胀等因素也可与物理微环境相互作用,影响细胞功能。最近一项使用整合HBV的HepG2.2.15细胞和HBV转基因小鼠的研究表明,肝脏僵硬限制了肝细胞中抗病毒ISG的激活,从而促进HBV感染的增加,从而促进终末期肝病的进展。然而,临床观察与这些发现相矛盾甚至相反:在临床实践中,肝硬化和HCC患者的HBV复制普遍较差,肝纤维化病理较高阶段患者的循环HBV DNA水平明显较低。研究推测这种差异可能是由于来源于肿瘤细胞的HepG2.2.15细胞对来源处外源性增加的基质刚度的异常反应。因此,研究使用原代细胞,仅在肝癌细胞模型中进行了敲除或抑制实验。同时,HBV转基因小鼠从出生就携带HBV,没有正常的免疫反应,因此可能对肝脏僵硬没有心理反应。

IFN-α是目前临床治疗HBV和实现HBV治愈的关键药物,然而,IFN的抗病毒应答率仍然有限。研究没有发现YAP激活诱导IFN反应。相反,IFN可以引起体内肝脏硬度和YAP激活的短暂性增加,这可能在IFN反应和抗HBV活性的机械通信问题中发挥关键作用。从这个角度来看,研究为进一步研究肝脏僵硬度与抗病毒治疗反应的关系提供了线索,这需要更多的临床观察来阐明。除了影响病毒感染的肝细胞外,基质刚度的力学特性也会影响免疫细胞的功能。未来的研究将探索基质硬度如何影响免疫细胞的功能,以及肝脏硬度测量是否可以用来帮助评估患者的免疫反应状态。此外,积极调节细胞机械转导微环境的研究可能有助于改善HBV治疗结果。研究结果支持使用调节YAP信号的药物作为控制HBV感染的潜在干预策略,超越传统的抗病毒信号通路和方法。

因此,研究探讨了基质硬度的变化如何影响HBV复制,目的是阐明新的天然抗病毒机制。利用各种细胞和小鼠模型,以及来自HBV患者肝组织的单细胞数据,研究发现升高的基质硬度显著抑制HBV复制。还分析了机械信号和效应基因,希望利用它们来控制HBV病毒感染。

参考消息:

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