病毒感染宿主后，会触发宿主的抗病毒免疫反应，其中，I 型干扰素（IFN）的产生尤为关键，它能有效抵御病毒入侵并调节免疫应答。其机制如下：细胞质中的 DNA 会被模式识别受体环鸟苷酸腺苷酸合酶（cGAS）识别，进而激活 STING 通路，诱导 I 型干扰素生成。I 型 IFN 与受体结合，促使数百个 IFN 刺激基因（ISG）表达，干扰病毒复制，助力细胞抗病毒免疫体系的构建。据研究报道，cGAS 的激活受多种蛋白质翻译后修饰（PTMs）调控，涵盖磷酸化、泛素化、SUMO 化及乙酰化等。不过，对于 cGAS 的 PTMs 过程中其他相关因素的作用，目前还所知不多[1 - 3]。
病毒感染往往会造成 DNA 损伤（DDR），或因单链 DNA 积聚而破坏宿主基因组稳定性。聚 ADP 核糖聚合酶 1（PARP1）通常被视作关键的 DNA 损伤传感器与修复酶。细胞发生 DNA 损伤时，PARP1 会迅速被召集到各类 DNA 损伤位点，通过酯交换反应，将聚 ADP - 核糖（PAR）连接到自身及 Glu、Asp 或 Lys 残基上的多个靶蛋白上。这种 PAR 修饰（PARylation）有助于 PARP1 参与 DNA 修复、DNA 复制叉稳定及染色质结构修饰等生物学进程。但 PARP1 究竟是怎样进入细胞质并调控抗病毒免疫的，至今尚未明晰[4]。
病毒感染后，DNA 损伤诱导的 DNA 依赖蛋白激酶（DNA - PK）激活，介导 PARP1 磷酸化，致使 cGAS 发生 PARylation，从而抑制 I 型 IFN 免疫应答与宿主抗病毒免疫。该研究率先揭示了 PARP1 的细胞质定位、核质转位机制及其与抗病毒免疫反应的关联。
PARP 抑制剂是一类可影响癌细胞自我复制的医用试剂，能让乳腺癌药物充分发挥药效，对卵巢癌、前列腺癌以及胰腺癌等具有相同“流氓基因”的遗传性癌症也有治疗作用，堪称对抗多种癌症的“万能利器”。为确定 PARP1 是否调控抗病毒免疫，研究者运用 PARP1 抑制剂，检测其在 I 型 IFN 应对 DNA 病毒单纯疱疹病毒 1 型（HSV - 1）感染反应中的作用。结果显示，PARP1 特异性抑制剂或基因编辑技术敲除 PARP1 后，宿主以 I 型干扰素为主要特征的抗病毒免疫反应显著增强，对 DNA 病毒 HSV - 1 的抵抗力也得以提升。此外还发现，HSV - 1 感染可诱导 PARP1 出现核质转位现象。
病毒感染一般通过活性氧（ROS）或活性氮（RNS）引发 DNA 损伤，进而激活 PARP1。为探究 PARP1 核质转位是否与此相关，研究人员采用氨基胍盐酸盐（AGHS）靶向抑制一氧化氮合酶（iNOS）或敲除 iNOS 基因，发现 HSV - 1 感染经诱导 RNS 造成 DNA 损伤。再依据 DNA - PK 的保守底物基序与质谱分析，可知 HSV - 1 感染可能诱导 RNS 依赖性 DNA 损伤，激活 DNA - PK，DNA - PK 诱导 PARP1 在 T594 位点磷酸化，从而触发 PARP1 胞质易位。这表明 DDR 是 PARP1 胞质易位的起始因素，蛋白磷酸化修饰在其转位过程中起着关键作用。
图2 DNA-PK 诱导的T594 上PARP1的磷酸化对其胞质易位至关重要
研究者在前期工作中发现，DNA 损伤可诱导 cGAS 部分转位进入细胞核，以 PAR 依赖方式与 PARP1 相互作用，进而抑制 DNA 修复。本次实验进一步探究 PARP1 是否介导了 DNA 病毒主要识别受体 cGAS 的 PARylation 修饰。结果表明，PARP1 抑制或缺失在很大程度上能消除 cGAS 的 PARylation 修饰。经质谱分析及体内、体外实验验证，确定 D191 是 PARP1 介导 cGAS 发生 PARylation 的主要位点。进一步功能实验显示，D191 位点的 PARylation 修饰显著抑制 cGAS 与 DNA 的结合能力，进而抑制其酶活性。因此，PARP1 通过介导 cGAS 的 D191 位点的 PARylation，从根源上阻断其 DNA 结合能力与后续激活。
图3 D191上的PARP1 PARylate cGAS
综上，该研究揭示了 PARP1 将 DNA 损伤信号转导至抑制抗病毒免疫反应的机制：DNA 病毒以 iNOS 依赖方式激活 DNA - PK，促使 PARP1 在 T594 位点磷酸化，推动其胞质易位，靶向 cGAS 并介导其 PARylation 修饰，阻断 DNA 结合，最终抑制机体抗病毒免疫反应。该研究发现了 PARP1 的新底物，明确了 PARylation 修饰是 cGAS 一种重要的蛋白翻译后修饰。
图4 PARP1通过PARylation修饰cGAS抑制抗病毒免疫图解
研锦生物可以利用基于靶点或小分子结构的药物设计方法，对可购买化合物、天然产物等数据库进行虚拟筛选，并获得潜在活性的化合物列表供进一步活性实验确证。面向制药企业和科研院所，可提供一站式的早期药物研发服务，包括虚拟药物筛选、先导优化、靶标预测、 动力学模拟等，涉及小分子化学药、生物药、中药等多种新药类型，为您提供优质的药物发现服务
