——左旋螺旋核糖核酸（Z-RNA）:一種新的病原相關分子模式
左手螺旋核酸在結構上於右手螺旋核酸有很大不同。1970年，Robert D. Wells 首次報道了左手螺旋的雙鏈DNA（Z-DNA）【1】。隨後，Alexander Rich作為最早研究左手螺旋核酸的研究者之一，他發現由胞嘧啶和鳥嘌呤形成的重複序列（CG-repeat DNA）能夠在超高鹽濃度下由右手螺旋轉變為左手螺旋並解析出左手螺旋DNA的原子結構【2,3】。1981年，他利用溴化反應將溴分子插入CG-repeat DNA中，使其能夠在生理鹽濃度條件下穩定，進而用這種溴化的Z-DNA作為抗原生產出特異性識別左手螺旋DNA的抗體【4】，為以後研究左手螺旋核酸做出重要貢獻。1984年，Thomas M. Jovin和Johan H. van de Sande發現在高鹽濃度下RNA也可以呈現左手螺旋【5】。
隨著對左手螺旋核酸研究的深入，一個問題隨之而來，左手螺旋的核酸是否存在於自然界中。由於左手螺旋的DNA和RNA都需要極高的鹽濃度環境或特殊的化學修飾才能在生理條件下維持穩定，研究者一度以為它們不存在於自然界中， 只是人為的產物 。然而在1987和1989年，Andrew H. Zarling 以及Elissa P. Sena實驗室通過運用特異識別Z-RNA的抗體進行免疫熒光染色，相繼在原核細胞和真核細胞上發現了Z-RNA存在的證據【6,7】。並且，能夠識別並結合左手螺旋核酸的蛋白質也相繼在各物種中被鑑定出來（如哺乳動物的ZBP1和ADAR1蛋白）。總結過去40年的研究，可以清楚地得出一個結論，那就是左手螺旋核酸存在於自然界中，並且具有生物學功能。
美國Fox Chase癌症中心Siddharth Balachandran教授所帶領的研究團隊一直致力於研究流感病毒（單鏈RNA病毒）所引起的宿主細胞死亡機制。此前，該團隊已經鑑定出流感病毒在複製過程中會激活宿主細胞ZBP1-RIPK3-MLKL信號通路介導的細胞程序性壞死（Necroptosis）【8,9】。但是，流感病毒具體是如何激活這條信號通路仍不清楚。
2020年3月17日，Siddharth Balachandran課題組（共同一作為張霆和尹超然 博士）在Cell上發表文章Influenza Virus Z-RNAs Induce ZBP1-Mediated Necroptosis，揭示了流感病毒是怎樣一步一步誘導宿主細胞序性壞死。
由於ZBP1是感應左手螺旋核酸的受體蛋白，而流感病毒基因組是RNA，是否流感病毒能夠產生Z-RNA從而激活ZBP1？作者需要解決的第一個問題便是如何檢測Z-RNA。由於當時分離獲得的識別Z-RNA的抗體都沒有商業化並且年代久遠，導致如今已無法找到可以使用的識別Z-RNA的抗體。但是，1987年Charles C. Hardin就已經證明，由於Z-RNA和Z-DNA結構極為相似，一些識別Z-DNA的抗體同樣能夠識別Z-RNA【10】。因此，本文作者利用人工合成的帶標記的Z-RNA對目前所有的商業化識別Z-DNA抗體進行篩選，並得到了兩個可以識別Z-RNA的抗體（圖1）。通過免疫熒光染色和設置各種對照，作者證實了在被流感病毒感染的細胞核中有大量Z-RNA信號，並且當抑制病毒複製後Z-RNA信號會消失（圖2）。ZBP1蛋白主要分佈於細胞漿中，但當細胞被感染後，ZBP1蛋白會迅速轉移至細胞核並通過左手螺旋核酸識別域與Z-RNA結合。配體和受體的相互作用即Z-RNA與ZBP1結合，引發受體ZBP1活化並激活下游RIPK3蛋白。活化的RIPK3蛋白進而激活MLKL（程序性細胞壞死的最終效應器）導致程序性壞死發生。
圖1. 篩選出識別Z-RNA的抗Z-DNA抗體。
圖2.流感病毒在宿主細胞核產生Z-RNA。
作者還發現，由於流感病毒是在宿主細胞核進行復制，ZBP1識別流感Z-RNA並最終激活MLKL的過程最初均發生於細胞核中。活化的MLKL不僅能攻擊細胞質膜也能攻擊核膜，並造成核膜不完整，染色質進入細胞漿。核膜的損傷也會導致細胞在程序性壞死過程中釋放更多的損傷相關的分子模式（DAMPs）。通過體內實驗，作者們進一步研究發現，如果阻斷程序性壞死（敲除mlkl基因），就可以有效阻止嗜中性粒細胞在肺部的大量募集。嗜中性粒細胞的大量募集早已證明是流感發病機制的主要元兇之一。
圖3流感病毒引發宿主細胞程序性壞死機制。
本文通過一系列的實驗證明了流感病毒在宿主細胞核覆制過程中產生左手螺旋RNA（Z-RNA），這些Z-RNAs作為配體激活受體ZBP1，進而觸發由ZBP1控制的ZBP1-RIPK3-MLKL細胞程序性壞死信號通路 （圖3）。
原文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.02.050
參考文獻
1.Mitsui, Y., et al., Physical and enzymatic studies on poly d(I-C)-poly d(I-C), an unusual double-helical DNA. Nature, 1970. 228(5277): p. 1166-9.
2. Crawford, J.L., et al., The tetramer d(CpGpCpG) crystallizes as a left-handed double helix. Proc Natl Acad Sci U S A, 1980.77(7): p. 4016-20.
3. Wang, A.H., et al., Molecular structure of a left-handed double helical DNA fragment at atomic resolution. Nature, 1979.282(5740): p. 680-6.
4.Lafer, E.M., et al., Antibodies specific for left-handed Z-DNA. Proc Natl Acad Sci U S A, 1981. 78(6): p. 3546-50.
5.Hall, K., et al., 'Z-RNA'--a left-handed RNA double helix. Nature, 1984. 311(5986): p. 584-6.
6.Zarling, D.A., et al., Cytoplasmic Z-RNA. Proc Natl Acad Sci U S A, 1987. 84(17): p. 6117-21.
7.Zarling, D.A., et al., Cytoplasmic microinjection of immunoglobulin Gs recognizing RNA helices inhibits human cell growth. J Mol Biol , 1990. 211(1): p. 147-60.
8.Thapa, R.J., et al., DAI Senses Influenza A Virus Genomic RNA and Activates RIPK3-Dependent Cell Death. Cell Host Microbe, 2016. 20(5): p. 674-681.
9.Nogusa, S., et al., RIPK3 Activates Parallel Pathways of MLKL-Driven Necroptosis and FADD-Mediated Apoptosis to Protect against Influenza A Virus. Cell Host Microbe, 2016. 20(1): p. 13-24.
10.Hardin, C.C., et al., Stabilization of Z-RNA by chemical bromination and its recognition by anti-Z-DNA antibodies.Biochemistry, 1987. 26(16): p. 5191-9.
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