HIV基因組還有“隱藏款”？《Nature Microbiology》|發(fā)現(xiàn)環(huán)狀RNA circHIV增強(qiáng)病毒轉(zhuǎn)錄

人類免疫缺陷病毒1型以其精密的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)著稱。在不足10 kb的緊湊基因組內(nèi)，它通過(guò)宿主剪接體的復(fù)雜加工，產(chǎn)生超過(guò)40種mRNA異構(gòu)體，編碼至少9種病毒蛋白——這幾乎將編碼能力發(fā)揮到了極致。然而，這個(gè)“寸土寸金”的基因組，是否還隱藏著未被發(fā)現(xiàn)的RNA物種？

2026年3月13日，《Nature Microbiology》在線發(fā)表了一項(xiàng)來(lái)自耶魯大學(xué)醫(yī)學(xué)院的重磅研究，題為《HIV-1-encoded circular RNA enhances viral transcription through Tat binding》。本研究由耶魯大學(xué)醫(yī)學(xué)院免疫生物學(xué)系的Y. Grace Chen教授團(tuán)隊(duì)領(lǐng)銜完成。

研究團(tuán)隊(duì)首次發(fā)現(xiàn)，HIV-1感染的細(xì)胞會(huì)產(chǎn)生一種病毒編碼的環(huán)狀RNA，命名為circHIV。這種環(huán)狀RNA能夠結(jié)合病毒關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄激活因子Tat蛋白，顯著增強(qiáng)HIV-1啟動(dòng)子的轉(zhuǎn)錄活性，形成一個(gè)正反饋回路，加速病毒基因表達(dá)。這一發(fā)現(xiàn)揭示了HIV生命周期中一個(gè)此前被完全忽視的調(diào)控層面，為理解病毒致病機(jī)制和開(kāi)發(fā)新型抗病毒策略開(kāi)辟了新方向。

一、背景：環(huán)狀RNA與病毒感染 的交叉點(diǎn)

環(huán)狀RNA是一類共價(jià)閉合的單鏈RNA分子，沒(méi)有5'帽和3' poly(A)尾，比線性RNA更穩(wěn)定。最初在類病毒和丁型肝炎病毒中發(fā)現(xiàn)，如今已知環(huán)狀RNA在真核細(xì)胞中廣泛存在，部分具有海綿吸附microRNA、結(jié)合蛋白或翻譯成多肽的功能。

在病毒學(xué)領(lǐng)域，EBV、KSHV、HPV等DNA病毒已被報(bào)道編碼環(huán)狀RNA。SARS-CoV-2、RSV和HCV等RNA病毒也產(chǎn)生病毒環(huán)狀RNA。但逆轉(zhuǎn)錄病毒是否編碼環(huán)狀RNA，此前從未被探索。

HIV-1的轉(zhuǎn)錄本經(jīng)過(guò)宿主剪接體廣泛剪接，剪接位點(diǎn)的存在暗示了反向剪接產(chǎn)生環(huán)狀RNA的可能性。本研究正是從這個(gè)角度切入，尋找HIV-1感染細(xì)胞中可能存在的病毒環(huán)狀RNA。

二、發(fā)現(xiàn)：circHIV——一個(gè)HIV-1編碼的新型環(huán)狀RNA

研究團(tuán)隊(duì)首先對(duì)HIV-1感染的Jurkat T細(xì)胞克隆進(jìn)行環(huán)狀RNA富集測(cè)序。通過(guò)去除poly(A) RNA、核糖體RNA，并用RNase R消化線性RNA，富集環(huán)狀轉(zhuǎn)錄本后進(jìn)行高通量測(cè)序。

生物信息學(xué)分析在HIV-1基因組上鑒定出9個(gè)推定的病毒環(huán)狀RNA，其中一個(gè)跨越核苷酸5,390-6,044的環(huán)狀RNA在RNase R處理后富集最顯著，且在多個(gè)感染細(xì)胞系中穩(wěn)定存在。三個(gè)獨(dú)立的環(huán)狀RNA發(fā)現(xiàn)工具（CIRI2、find_circ、circRNA_finder）均鑒定出同一物種，將其命名為circHIV。

circHIV位于HIV-1基因組的中心區(qū)域，覆蓋vpr、tat和rev的部分序列，上游為A2剪接受體，下游為D4剪接供體，符合反向剪接產(chǎn)生環(huán)狀RNA的特征。

圖1 | HIV-1編碼病毒環(huán)狀RNA的生信發(fā)現(xiàn)

三、驗(yàn)證：從細(xì)胞系到患者血漿的 廣泛存在

為驗(yàn)證circHIV的真實(shí)性，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了跨反向剪接接頭的發(fā)散引物。RT-qPCR證實(shí)，circHIV在RNase R處理后顯著富集，而線性HIV-1 mRNA則被降解。Sanger測(cè)序確認(rèn)了預(yù)期的反向剪接接頭序列。

Northern blot進(jìn)一步證實(shí)，circHIV以約655 nt和342 nt兩種異構(gòu)體形式存在，且對(duì)RNase R具有抗性。較小的異構(gòu)體由D3和A3剪接位點(diǎn)之間的內(nèi)部正向剪接產(chǎn)生。

將包含剪接位點(diǎn)的HIV-1片段克隆至表達(dá)質(zhì)粒后，轉(zhuǎn)染細(xì)胞同樣檢測(cè)到兩種circHIV異構(gòu)體，而缺乏側(cè)翼序列的對(duì)照質(zhì)粒則不產(chǎn)生，證實(shí)circHIV通過(guò)反向剪接產(chǎn)生。

重要的是，circHIV不僅在Jurkat、293T、THP-1、HeLa等多種HIV-1感染細(xì)胞系中檢出，還在原代CD4+ T細(xì)胞和18名HIV-1感染者的血漿樣本中穩(wěn)定存在。這是病毒環(huán)狀RNA首次在患者血漿中被檢測(cè)到，提示其可能作為潛在的生物標(biāo)志物。

圖2 | HIV-1編碼circHIV的體外與體內(nèi)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

四、定位：細(xì)胞核、細(xì)胞質(zhì)與病毒顆粒

亞細(xì)胞分級(jí)顯示，circHIV分布于細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)，但主要富集于細(xì)胞質(zhì)，與主要定位于核的線性HIV-1 mRNA形成對(duì)比。RNA-FISH進(jìn)一步證實(shí)了這一分布模式。

更令人驚訝的是，病毒顆粒純化實(shí)驗(yàn)表明，circHIV被選擇性包裝進(jìn)HIV-1病毒顆粒。與宿主環(huán)狀RNA（circPOLR2A、circHIPK3、circPVT1）幾乎不進(jìn)入病毒顆粒不同，circHIV在病毒顆粒中的豐度接近已知被包裝的7SL RNA。進(jìn)一步的生信分析顯示，約30%的病毒顆粒環(huán)狀RNA注釋到HIV-1基因組，表明多種病毒環(huán)狀RNA被選擇性包裝。

這一發(fā)現(xiàn)暗示，circHIV可能在病毒進(jìn)入新細(xì)胞后立即發(fā)揮功能，無(wú)需等待前病毒整合。

圖3 | circHIV定位于細(xì)胞核、細(xì)胞質(zhì)和病毒顆粒

五、功能：circHIV增強(qiáng)HIV-1轉(zhuǎn)錄

為探究circHIV的功能，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了靶向其反向剪接接頭的shRNA和CRISPR-Cas13d系統(tǒng)。

shRNA敲低circHIV后，HIV-1感染細(xì)胞的GFP陽(yáng)性比例和平均熒光強(qiáng)度均顯著下降，而線性HIV-1 mRNA水平不受影響。Cas13d介導(dǎo)的敲低同樣導(dǎo)致GFP陽(yáng)性細(xì)胞減少約1.5倍。

相反，體外合成的circRNA轉(zhuǎn)染過(guò)表達(dá)實(shí)驗(yàn)中，circHIV使GFP陽(yáng)性細(xì)胞增加約1.5倍，效果與外源性Tat mRNA相當(dāng)。時(shí)間進(jìn)程分析表明，circHIV不影響病毒進(jìn)入、逆轉(zhuǎn)錄和整合，而是在轉(zhuǎn)錄階段發(fā)揮增強(qiáng)作用。

熒光素酶報(bào)告基因?qū)嶒?yàn)進(jìn)一步證實(shí)，circHIV增強(qiáng)HIV-1 LTR啟動(dòng)子活性，且與Tat協(xié)同作用，使轉(zhuǎn)錄活性顯著高于Tat單獨(dú)處理或與對(duì)照RNA共轉(zhuǎn)染。

圖4 | circHIV增強(qiáng)HIV-1轉(zhuǎn)錄

圖5 | circHIV增強(qiáng)HIV-1啟動(dòng)子活性

六、機(jī)制： circHIV直接結(jié)合Tat蛋白

RNA免疫沉淀實(shí)驗(yàn)顯示，抗Tat抗體能顯著富集circHIV，而線性HIV-1 RNA不被富集。已知的Tat結(jié)合宿主轉(zhuǎn)錄本FADD和ISG20作為陽(yáng)性對(duì)照被富集，陰性對(duì)照HPRT和宿主環(huán)狀RNA則不被富集。

體外鏈霉親和素pull-down實(shí)驗(yàn)證實(shí)，生物素標(biāo)記的circHIV能直接結(jié)合純化的Tat蛋白，而circ-mCherry和線性HIV-1 RNA則不能。通過(guò)分段替換，研究將Tat結(jié)合區(qū)域定位到circHIV的第93-188位核苷酸。

值得注意的是，circHIV與TAR RNA對(duì)Tat的結(jié)合互不競(jìng)爭(zhēng)，提示二者可能結(jié)合Tat的不同結(jié)構(gòu)域或協(xié)同作用。RNA二級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)顯示，circHIV與線性HIV-1 RNA采取截然不同的構(gòu)象，這可能解釋了二者對(duì)Tat結(jié)合能力的差異。

七：討論與展望

本研究首次揭示，逆轉(zhuǎn)錄病毒HIV-1編碼環(huán)狀RNA，且這種環(huán)狀RNA通過(guò)結(jié)合病毒關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄激活因子Tat，增強(qiáng)HIV-1轉(zhuǎn)錄，形成一個(gè)正反饋回路。

核心發(fā)現(xiàn)總結(jié)：

1. 存在性：HIV-1感染細(xì)胞產(chǎn)生病毒編碼的環(huán)狀RNA circHIV，在多種細(xì)胞系、原代細(xì)胞和患者血漿中檢出。

2. 包裝：circHIV被選擇性包裝進(jìn)病毒顆粒，可能在感染早期即發(fā)揮作用。

3. 功能：circHIV增強(qiáng)HIV-1 LTR啟動(dòng)子活性，促進(jìn)病毒轉(zhuǎn)錄。

4. 機(jī)制：circHIV直接結(jié)合Tat蛋白，與TAR協(xié)同但不競(jìng)爭(zhēng)，通過(guò)獨(dú)特的RNA拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)特異性結(jié)合。

意義與展望：

• 拓展病毒環(huán)狀RNA譜系：將RNA逆轉(zhuǎn)錄病毒納入病毒環(huán)狀RNA的版圖。

• 揭示新的調(diào)控層次：環(huán)狀RNA作為病毒轉(zhuǎn)錄的“隱形加速器”，是HIV-1基因調(diào)控的 overlooked layer。

• 治療潛力：靶向circHIV或其與Tat的相互作用，可能成為抑制HIV-1轉(zhuǎn)錄的新策略。

正如研究者所言：“circHIV的發(fā)現(xiàn)揭示了環(huán)狀RNA作為轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子的新功能，為理解HIV-1致病機(jī)制和開(kāi)發(fā)抗病毒療法開(kāi)辟了新方向。”

個(gè)人觀點(diǎn)，僅供參考

原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41564-026-02271-0