研究概述

近日，中国药科大学马广勇研究员团队在《Nature Communications》发表题为 "HTLV-1 subverts the innate immune effector gene IRF7 by viral HBZ protein for oncogenesis" 的研究论文，第一作者为袁小艺博士。该研究围绕 HTLV-1 相关成人 T 细胞白血病/淋巴瘤（ATLL）发生机制，系统揭示了病毒癌蛋白 HBZ 如何"劫持"先天免疫关键转录因子 IRF7，使其脱离传统抗病毒 IFN-I 通路，转而通过 IRF7–STAT5B 轴促进肿瘤细胞增殖与存活。

本研究中，单细胞转录组测序由烈冰生物采用自研的 NovelCyto 单细胞平台完成；单细胞数据分析由作者在烈冰生物自研的 CytoNavigator 单细胞数据分析系统协助中完成。

一、研究背景与研究设计

研究背景

HTLV-1 是目前明确具有致癌性的经典人类逆转录病毒之一，可导致成人 T 细胞白血病/淋巴瘤（ATLL）。ATLL 具有侵袭性强、治疗选择有限、预后较差等特点，其发生发展与病毒编码蛋白 Tax 和 HBZ 密切相关。其中，Tax 具有较强的转录激活能力，但在体内感染细胞尤其是 ATLL 患者中往往表达不稳定；相比之下，HBZ 在 HTLV-1 感染个体中持续表达，被认为是维持感染细胞生存和促进肿瘤发生的重要病毒因子。

IRF7 是先天免疫反应中的核心转录因子，通常与 IRF3 共同诱导 I 型干扰素（IFN-I）产生，进而启动 JAK/STAT 介导的抗病毒反应。传统观点认为，病毒往往通过抑制 IRF7 来逃避免疫识别；而该研究提出了一个更具颠覆性的机制：HTLV-1 并非简单关闭 IRF7，而是通过 HBZ 上调并激活 IRF7，同时干扰 IRF7–IRF3 介导的经典 IFN-I 抗病毒功能，使 IRF7 转变为支持 ATLL 细胞生长的"致癌因子"。

样本与技术设计

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二、研究结果

1. HBZ 而非 Tax 是 HTLV-1 诱导发育异常的关键病毒因子

研究首先利用斑马鱼胚胎模型快速评估 HTLV-1 病毒基因的体内效应。斑马鱼与人类基因高度保守，且兼具先天免疫与适应性免疫系统，适合用于快速评估病毒蛋白对发育、免疫及血液系统相关表型的影响。结果显示，注射 HTLV-1 感染性克隆可导致明显的胚胎发育异常，包括脊柱弯曲和心包水肿，并增加胚胎死亡率。进一步基因功能拆解发现，敲除 HBZ 可显著缓解上述表型，而敲除 Tax 并不能产生类似保护效应，提示 HBZ 是 HTLV-1 诱导斑马鱼发育异常的主要驱动因子。

在 HBZ 的不同功能形式中，研究进一步证明其致病效应仅依赖 HBZ 蛋白形式，RNA 形式在该实验体系下未表现出相同致病作用；其中 activation domain（AD）和 bZIP 结构域对该过程至关重要。结合 bulk RNA-seq 分析，HBZ 表达可引起大量基因表达重塑，并显著激活 TLR、CLR、RLR、NLR 等先天免疫识别通路。

[图1] HBZ 而非 Tax 是 HTLV-1 诱导斑马鱼胚胎发育异常的关键病毒因子，并伴随先天免疫相关通路激活

2. 单细胞转录组解析锁定 HBZ 下游核心靶点 IRF7

为进一步从细胞异质性层面解析 HBZ 对胚胎组织的影响，研究者对 3 dpf 斑马鱼胚胎样本开展单细胞转录组测序，最终鉴定出 27 个细胞群。单细胞结果显示，HBZ 表达主要分布于免疫相关细胞，包括造血/淋巴样细胞，同时也可见于部分上皮细胞。

与 bulk RNA-seq 结果一致，单细胞层面可观察到 CLR、NLR、TLR 等先天免疫识别通路被激活。更重要的是，研究者进一步结合 ATLL 患者公开 scRNA-seq 数据集，发现 NLR/RLR 等先天免疫相关通路在临床 ATLL 样本中同样处于活化状态。跨模型对照分析最终锁定 IRF7：该基因同时在 HBZ 表达的斑马鱼胚胎和 ATLL 临床样本中上调。

这一部分正体现了单细胞测序的核心优势：scRNA-seq 并非仅用于"画图分群"，而是帮助研究者从复杂组织状态中定位 HBZ 主要作用的细胞区域和共同上调的关键免疫转录因子，为后续机制验证提供了清晰方向。

[图2] 单细胞转录组解析显示 HBZ 表达相关细胞群及先天免疫识别通路活化，并进一步锁定 IRF7 为共同上调的关键因子

3. HBZ 通过转录上调与 TBK1 介导的磷酸化双重激活 IRF7

研究者证实 HBZ 直接调控 IRF7：斑马鱼胚胎注射 IRF7 mRNA，可重现 HBZ 诱导的发育异常表型；相反，表达 dominant-negative IRF7 可部分挽救 HBZ 诱导的病理表型，提示 IRF7 是 HBZ 下游重要功能节点。

机制上，CUT&Tag 结果显示 HBZ 可富集于宿主基因启动区附近，并在 IRF7 启动子上游区域出现明显富集；双荧光素酶实验进一步证实 HBZ 能增强 IRF7 启动子活性。与此同时，HBZ 可在小鼠 ESC、Jurkat、HeLa 以及原代人 CD4 T 细胞中上调 IRF7 的 mRNA 和蛋白表达；在 ATLL 细胞系中敲低内源性 HBZ，则会降低 IRF7 表达。

除转录上调外，HBZ 还可促进 IRF7 Ser477 位点磷酸化并驱动其核转位。通过激酶抑制剂和蛋白检测，研究进一步指出 TBK1 是 HBZ 介导 IRF7 磷酸化的重要上游激酶。由此，HBZ 通过"提高 IRF7 表达量 + 促进 IRF7 激活状态"两条路径，增强 IRF7 功能。

[图3] HBZ 通过促进 IRF7 磷酸化、核转位及 TBK1 激活，增强 IRF7 的功能状态

4. HBZ 干扰 IRF7–IRF3 互作，使 IRF7 脱离经典 IFN-I 抗病毒通路

按照经典免疫学逻辑，IRF7 被激活后应诱导 IFN-I 表达并启动抗病毒反应。然而该研究发现，在 HBZ 表达的斑马鱼胚胎和 ATLL 临床样本中，尽管 IRF7 显著上调，IFN-I 通路关键基因并未同步激活。

进一步实验表明，poly(I:C) 可在细胞中诱导 IFN-α 产生，但 HBZ 的引入会削弱这一反应。结构预测、Co-IP 与 GST pull-down 结果共同显示，HBZ 可与 IRF7 直接相互作用，其中 HBZ 的 bZIP 结构域对该相互作用十分关键。更重要的是，HBZ 能干扰 IRF7 与 IRF3 的相互作用，阻碍二者形成有效的抗病毒转录复合体，从而抑制其共同诱导 ISRE 活性的能力。

也就是说，HTLV-1 并不是简单"关闭"IRF7，而是更精细地重塑了 IRF7 的功能方向：一方面保留并增强 IRF7 的表达和核内活性；另一方面干扰 IRF7 与 IRF3 的相互作用，阻碍抗病毒转录复合体形成，使 IRF7 无法有效启动 IFN-I 抗病毒程序。

[图4] HBZ 与 IRF7 直接互作并干扰 IRF7–IRF3 相互作用，使 IRF7 脱离经典 IFN-I 抗病毒通路

5. IRF7 在 ATLL 中由先天免疫因子转变为促肿瘤因子

在 ATLL 细胞系 ED 和 TL-Om1 中，shRNA 介导的 IRF7 敲低显著抑制细胞增殖，并增加细胞凋亡。研究者进一步建立免疫缺陷小鼠移植瘤模型，发现 IRF7 敲低可明显延缓肿瘤生长、降低肿瘤体积；而 IRF7 回补实验能够恢复细胞增殖和肿瘤生长能力，从功能上验证 IRF7 在 ATLL 中具有促肿瘤作用。

研究还通过分子对接筛选到潜在 IRF7 小分子抑制剂 Ditercalinium。Ditercalinium 处理可降低 IRF7 蛋白水平，并抑制 ATLL 细胞系增殖。这一结果提示，IRF7 不仅是机制链条中的关键节点，也可能为 ATLL 后续靶向干预研究提供新的候选方向。

[图5] IRF7 在 ATLL 中表现出促肿瘤功能，敲低 IRF7 可抑制细胞增殖、增加凋亡并降低移植瘤生长

6. IRF7 直接连接 STAT5B，形成 HBZ–IRF7–STAT5B 致癌轴

为解释 IRF7 如何促进 ATLL 细胞生长，研究者在 IRF7 敲低后的 ATLL 细胞系中进行转录组分析，并筛选出在 IRF7 敲低后下调、同时在 ATLL 患者样本中上调的共同靶基因。其中，STAT5B 作为 JAK/STAT 通路中的关键转录因子被重点关注。需要注意的是，STAT5B 功能获得性突变在 T-ALL、儿童 T-ALL、NK-LGLL 等造血恶性肿瘤中反复出现，但该研究指出 ATLL 患者中并未发现这类突变；本研究关注的是 STAT5B 在 ATLL 中的高表达及功能激活。

后续实验显示，IRF7 敲低可降低 STAT5B 的 mRNA 和蛋白水平；CUT&Tag 结果显示 IRF7 在 STAT5B 基因座多个区域存在富集，提示其可能直接调控 STAT5B 转录。此外，IRF7 还可与 STAT5B 发生蛋白相互作用，并增强 STAT5B 的转录激活能力。功能上，STAT5B 回补能够挽救 IRF7 敲低导致的细胞增殖抑制，说明 STAT5B 是 IRF7 促 ATLL 细胞生长的重要下游效应分子。

最终，研究提出了 HBZ–IRF7–STAT5B 致癌轴：HTLV-1 编码的 HBZ 上调并激活 IRF7；HBZ 同时干扰 IRF7–IRF3 介导的经典 IFN-I 抗病毒功能；被"重新定向"的 IRF7 进一步促进 STAT5B 表达与活性，推动 ATLL 细胞存活和增殖。

[图6] IRF7 通过调控并激活 STAT5B 形成 HBZ–IRF7–STAT5B 致癌轴，推动 ATLL 细胞存活与增殖

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三、文章亮点与研究意义

1. 从"免疫抗病毒因子"到"肿瘤促进因子"

该研究重新定义了 IRF7 在 HTLV-1 相关 T 细胞恶性肿瘤中的功能定位，提出 IRF7 可被病毒癌蛋白 HBZ 重新编程为促肿瘤因子。

2. 单细胞数据提供关键发现入口

单细胞转录组帮助研究者在斑马鱼胚胎复杂细胞组成中解析 HBZ 作用细胞群及先天免疫识别通路活性，并通过与 ATLL 临床单细胞数据交叉验证，锁定 IRF7 这一核心共性分子。

3. 机制证据链完整

研究从体内斑马鱼模型、细胞系、原代 CD4 T 细胞、ATLL 患者数据，到小鼠移植瘤模型，构建了从表型观察、单细胞发现、分子机制到功能验证的完整研究闭环。

4. 提出潜在治疗方向

IRF7 与 STAT5B 均表现出促 ATLL 细胞生长功能，相关抑制剂能够抑制 ATLL 细胞增殖，为 HTLV-1 相关 T 细胞恶性肿瘤的后续靶向干预研究提供了新的候选方向。

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四、总结

本研究揭示了 HTLV-1 促进 ATLL 发生的一种非常巧妙的病毒致癌策略：病毒蛋白 HBZ 并非单纯抑制先天免疫，而是选择性"劫持"IRF7。HBZ 一方面增强 IRF7 表达和磷酸化激活，另一方面干扰 IRF7 与 IRF3 的相互作用，阻碍经典抗病毒转录复合体形成，使其无法有效诱导 IFN-I；同时，IRF7 被重新导向 STAT5B 轴，进而促进 ATLL 细胞增殖、生存和肿瘤形成。

从技术路径看，单细胞转录组在该研究中承担了关键的机制发现角色：它帮助研究者从 HBZ 诱导的复杂组织反应中识别先天免疫通路活化和 IRF7 上调这一核心线索，并通过临床 ATLL 单细胞数据进行跨物种、跨模型验证。

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五、烈冰生物相关技术支持

本研究中，斑马鱼胚胎单细胞转录组测序由烈冰生物采用自研的 NovelCyto 单细胞平台完成；单细胞数据分析由作者在烈冰生物自研的 CytoNavigator 系统协助中完成。

NovelCyto 单细胞平台

采用静态蜂巢板/微孔捕获体系，依靠重力沉降实现细胞捕获，反应过程柔和，对各类细胞无选择性偏好，尤其对粒系细胞、复杂样本和低浓度细胞悬液具有较好的适应性，能够为疾病机制研究产出稳定、高质量的单细胞转录组数据。

CytoNavigator 数据分析系统

将单细胞数据分析流程拆解为清晰的模块化任务，0 代码，结合一键式分析、交互式可视化、结果简报生成和流程追溯功能，帮助研究者快速识别关键细胞亚群、差异基因及功能通路等信息，为研究者提供了系统化的数据分析支撑。

未来，烈冰生物也将持续以高质量单细胞测序与数据分析能力，助力更多疾病机制研究。