干扰素调节因子 3; IRF3

HGNC 批准基因符号：IRF3

细胞遗传学定位：19q13.33 基因组坐标（GRCh38）：19:49,659,572-49,665,857（来自 NCBI）

▼ 说明

IRF3基因编码干扰素调节因子-3，这是一种转录因子，可激活具有抗病毒活性的干扰素（参见例如IFNB1, 147640）相关基因的转录（Andersen等人总结，2015）。病毒诱导的受感染细胞中干扰素基因的表达涉及几种组成型表达和病毒激活的转录因子的相互作用。IFN调节因子（IRF），包括激活子IRF1（147575）和阻遏子IRF2（147576），已被证明在IFN基因以及IFN刺激基因的转录中发挥作用（Au等人总结， 1995）。

▼ 克隆与表达

Au等人（1995）通过在EST数据库中搜索与IRF1和IRF2相似的序列，鉴定出了IRF3，IRF3是IRF家族的新成员。IRF3 基因以单拷贝形式存在于人类基因组中。Northern 印迹分析检测到 1.6-kb 组成型表达的 IRF3 转录本。推导的 427 个氨基酸的 IRF3 蛋白与 N 端区域的 IRF 家族其他成员有 34% 至 40% 的同一性。Au et al.（1995）表明IRF3是一个50-kD的蛋白质。

▼ 测绘

通过使用位于IFR3内含子的高度多态性标记的连锁分析，Bellingham等人（1998）将IRF3基因定位到19q13.3-q13.4，位于D19S604和D19S206之间。

▼ 基因功能

Au等（1995）表明IRF3特异性结合IFN刺激反应元件（ISRE），但不结合IRF1结合位点正调控域（PRD）-I，与ISGF3的DNA结合特异性相似（见147574）。尽管IRF3增加了含有ISRE的启动子的转录活性，但IRF3作为Gal4融合蛋白的表达并没有激活含有Gal4结合位点重复的氯霉素乙酰转移酶（CAT）报告基因的表达。Au等人（1995）提出IRF3通过与另一种转录激活子结合来增加目标启动子的转录活性。

Weaver等人（1998）将IRF3鉴定为DRAF1（双链RNA激活因子1）的一个组成部分，DRAF1是IFN刺激的基因转录的正调节因子，其功能是对病毒感染的直接反应。他们证明IRF3预先存在于未感染细胞的细胞质中，并在病毒感染后易位至细胞核。IRF3 的易位伴随着丝氨酸和苏氨酸磷酸化的增加。转录激活子CREBBP（600140）和EP300（602700）仅在病毒感染后才与IRF3共免疫沉淀，作者指出这些也是DRAF1的子单元。

Wathelet et al.（1998）鉴定出一种病毒激活因子（VAF），它与不同病毒诱导基因共享的调节元件结合。VAF包含IRF转录激活蛋白家族的2个成员IRF3和IRF7（605047），以及转录辅激活蛋白p300（602700）和CBP（600140）。值得注意的是，VAF和重组IRF3和IRF7蛋白在体外与IFNB（见147640）基因启动子的结合较弱。然而，在病毒感染的细胞中，这两种蛋白都被招募到内源性 IFNB 启动子，作为蛋白复合物的一部分，该蛋白复合物包括 ATF2/c-jun（123811, 165160）和 NF-kappa-B（参见 164011）。这些观察结果证明了多种转录激活蛋白的协调激活以及它们在体内高度协同组装成转录增强子复合物。

Sharma et al.（2003）证明了IKKE（605048）和TANK结合激酶1（TBK1；604834）是磷酸化IRF3和IRF7（605047）的病毒激活激酶（VAK）的组成部分。他们证明了 IKK 相关激酶途径在触发宿主对病毒感染的抗病毒反应中发挥着重要作用。Sharma et al.（2003）证明IKKE或TBK1的表达足以诱导IRF3和IRF7的磷酸化。这种修饰允许 IRF3 二聚化并易位到细胞核，在细胞核中诱导干扰素和 ISG56 基因的转录。

Foy等（2003）表明，丙型肝炎病毒NS3/4A丝氨酸蛋白酶阻断IRF3的磷酸化和效应子作用，从而产生持续感染。通过突变或酮酰胺拟肽抑制剂破坏 NS3/4A 蛋白酶功能可以解除这种阻断，并在用不相关病毒进行细胞攻击后恢复 IRF3 磷酸化。Foy et al.（2003）还表明，显性失活或组成型活性IRF3突变体分别增强或抑制肝癌细胞中丙型肝炎病毒RNA复制。Foy et al.（2003）得出结论，NS3/4A蛋白酶代表了双重治疗靶点，抑制它既可以阻断病毒复制，又可以恢复IRF3对丙型肝炎感染的控制。

Doyle et al.(2002)利用微阵列技术比较了CD40LG（300386）或脂多糖刺激的小鼠B淋巴细胞的基因表达谱，发现IRF3是刺激TLR3（603029）或TLR4（603030）特异性诱导的因子，但不是 TLR2（603028）、TLR9（605474）或 CD40（109535）。这种激活诱导的主要反应基因受到 TLR 和 TNFR 常见的 NFKB 途径以及 IRF3 途径的共同调节。其他次级反应基因被 IFNB 的自分泌和旁分泌分泌激活。选择性 TLR3/TLR4-IRF3 通路激活可有效抑制病毒复制。Doyle et al.（2002）得出结论，TLR3和TLR4在进化上与其他TLRs不同，可以激活IRF3，IRF3介导负责先天抗病毒反应的特定基因程序。

Stetson 和 Medzhitov（2006）发现，胞质 DNA 在小鼠体内激活了对入侵细菌单核细胞增生李斯特氏菌的有效 I 型干扰素反应。非侵入性嗜肺军团菌通过其 IV 型分泌系统引发了相同的反应。将缺乏连续 CpG 的 45 bp DNA 寡核苷酸转染到不同的小鼠细胞类型中，以 Irf3 依赖、TLR 孤立的方式重现了李斯特菌和军团菌的干扰素诱导活性。微阵列分析表明，与Tlr9-和Rigi（DDX58;）相比，胞质DNA激活了独特但重叠的基因表达程序。609631）/Mda5（IFIH1；606951）依赖的响应。

Manel等人（2010）表明，当树突状细胞对感染的抵抗力被规避时，HIV-1会诱导树突状细胞成熟、抗病毒I型干扰素反应以及T细胞的激活。这种先天反应依赖于新合成的 HIV-1 衣壳与细胞亲环蛋白 A（CYPA；123840）以及随后转录因子IRF3的激活。由于肽基脯氨酰异构酶CYPA也与HIV-1衣壳相互作用以促进感染性，Manel等人（2010）的结果表明，衣壳构象是在感染性与隐蔽性相反的选择压力下进化的。因此，HIV-1的细胞固有传感器存在于树突状细胞中并介导抗病毒免疫反应，但由于不存在树突状细胞感染，它通常不参与。

胞浆 DNA 通过产生环磷酸鸟苷-磷酸腺苷（环 GMP-AMP，或 cGAMP）来诱导干扰素，环磷酸鸟苷与转换因子蛋白 STING（612374）结合并激活。Sun等人（2013）通过生化分级分离和定量质谱鉴定了一种cGAMP合成酶（cGAS；613973），属于核苷酸转移酶家族。cGAS的过表达激活转录因子IRF3并以STING依赖性方式诱导干扰素-β（147640）。通过 DNA 转染或 DNA 病毒感染，cGAS 的敲低抑制了 IRF3 的激活和干扰素-β 的诱导。cGAS 与细胞质中的 DNA 结合并催化 cGAMP 合成。Sun等人（2013）得出结论，cGAS是一种胞质DNA传感器，通过产生第二信使cGAMP来诱导干扰素。

Wu等人（2013）发现，在DNA而非RNA存在的情况下，哺乳动物胞质提取物在体外由三磷酸腺苷（ATP）和三磷酸鸟苷（GTP）合成cGAMP。哺乳动物细胞的DNA转染或DNA病毒感染也会引发cGAMP的产生。cGAMP 与 STING 结合，导致 IRF3 激活并诱导干扰素-β。因此，Wu et al.（2013）得出结论，cGAMP 存在于后生动物中，并作为内源性第二信使，响应胞质 DNA 触发干扰素产生。

Liu et al.（2015）利用生化和小鼠细胞及人类细胞检测发现，MAVS（609676）和STING均以磷酸化依赖性方式与IRF3相互作用。作者表明，MAVS 和 STING 都会在各自的 C 端 pLxIS 共有基序（p，亲水残基；p，亲水残基；x，任何残留物；S，磷酸化位点）。然后，该磷酸化事件将 IRF3 募集至活性转换因子蛋白，并且对于 IRF3 激活至关重要。损害 MAVS 或 STING 在其共有基序上的磷酸化的点突变会消除 IRF3 结合和随后的干扰素（参见 147660）诱导。Liu et al.（2015）发现MAVS被激酶TBK1（604834）和IKK（见600664）磷酸化，而STING被TBK1磷酸化。磷酸化的 MAVS 和 STING 随后与 IRF3 保守的带正电表面结合，从而招募 IRF3 进行磷酸化并被 TBK1 激活。Liu et al.（2015）还表明TRIF（607601）介导的IRF3激活依赖于MAVS、STING和IRF3中常见的pLxIS基序上的TRIF磷酸化。作者得出结论，先天免疫转换因子蛋白的磷酸化是一种重要且保守的机制，可以选择性地招募 IRF3 来激活 I 型干扰素的产生。

Huai et al.（2019）发现赖氨酸乙酰转移酶-8（KAT8；KAT8；609912）选择性增强Ifna（IFNA1；147660）和Ifnb是由免疫细胞中病毒感染引发的。免疫沉淀和质谱分析表明Kat8直接结合Irf3并促进Irf3 lys359（K359）乙酰化。染色质免疫沉淀分析和突变分析表明，Irf3 K359 的乙酰化抑制了 Irf3 向 I 型 IFN 基因启动子的募集。作者得出结论，KAT8 通过乙酰化 IRF3 选择性抑制抗病毒免疫。

Cai et al.（2020）通过对小鼠和人体细胞进行免疫沉淀分析，发现泛素特异性蛋白酶-22（USP22; 612116）病毒感染后与细胞质中的IRF3相互作用。结构域作图分析表明 USP22 的 C 端泛素肽酶结构域负责其与 IRF3 的关联。人类细胞系中 USP22 的敲低抑制了 IRF3 核积累。对Usp22 -/- 小鼠胚胎成纤维细胞（MEF）的分析证实，Usp22对于病毒触发的Irf3核易位以及随后的细胞抗病毒反应至关重要。因此，小鼠中 Usp22 的缺失导致对病毒感染的易感性增加。小鼠病毒感染后 I 型干扰素的最佳诱导需要 Usp22，而 Irf3 核积累和抗病毒信号传导需要 Usp22 去泛素化活性。但Usp22并没有直接靶向Irf3进行去泛素化，而是通过直接靶向中间蛋白Kpna2（600685）进行去泛素化来调控Irf3核转位。Kpna2通过Usp22的C端肽酶结构域与Usp22组成型相互作用，并以病毒感染依赖性方式与Irf3或磷酸化Irf3相互作用。Usp22 对 Kpna2 的去泛素化抑制了 Kpna2 的降解，从而通过促进 Irf3 的核转位来促进病毒触发的信号传导。

▼ 生化特征

Escalante et al.（2007）将人IRF3的DNA结合结构域（氨基酸1至113）与覆盖IFN-β增强子PRDIII-I区域的33bp序列共结晶，并将结构解析至2.3埃分辨率。他们发现 4 个 IRF3 DNA 结合域在 PRDIII-I 元件上串联在一起，以结合共有序列和非共有序列。IRF3 DNA 结合域结合这些位点的能力部分源自参与交替蛋白质-DNA 接触的 2 个非保守精氨酸（arg78 和 arg86）。蛋白质-DNA 接触高度重叠，所有 4 个 IRF3 结合位点都是体内基因激活所必需的。

▼ 分子遗传学

急性感染引起的（疱疹特异性）脑病7，易感性

一名15岁丹麦裔女孩患有单纯疱疹脑炎（HSE）（IIAE7；Andersen et al.（2015）在IRF3基因中发现了一个杂合错义突变（R285Q; 616532）。603734.0001）。通过全外显子组测序发现的突变也存在于未受影响的父亲中，与不完全外显率一致。对患者细胞的研究和体外研究表明，突变蛋白未能进行磷酸化和同二聚化，导致响应刺激或感染而激活干扰素相关基因转录的能力受损。研究结果与单倍体不足一致。

Mork等人（2015）在一名患有成人发病的单纯疱疹脑炎的34岁丹麦男性（P2）中发现了IRF3基因的杂合错义突变（A277T；603734.0002）。该突变是通过对 16 名成人发病 HSE 患者（包括 Andersen 等人，2015 年报道的患者）进行全外显子组测序发现的，并通过 Sanger 测序证实。患者外周血单个核细胞显示β-干扰素（IFNB；与对照组相比，CXCL10（147310）和TNFA（191160）对poly（I;C）刺激和/或HSV-1感染有反应，表明抗病毒反应有缺陷和功能丧失。研究结果表明，IRF3 变异也可能导致成人 HSE 易感性。

关联待确认

Bigham et al.（2011）在422名有症状的西尼罗病毒（WNV；WNV；见610379）感染者和331名无症状的西尼罗河病毒感染者。经过多次测试校正后，他们发现IRF3和MX1（147150）中的SNP与症状性WNV感染相关，而OAS1（164350）中的单个SNP与WNV脑炎和瘫痪风险增加相关。Bigham et al.（2011）得出结论，干扰素反应途径的遗传变异与有症状的西尼罗河病毒感染和西尼罗河病毒疾病进展的风险相关。

▼ 动物模型

Chen等人（2013）观察到，与野生型小鼠和仅缺乏Irf3或Irf7的小鼠相比，感染2型登革热病毒（DENV2）后缺乏Irf3和Irf7的小鼠的病毒滴度显着增加，但30天内没有死亡。Ifnar1（107450）缺失小鼠的病毒负荷甚至更高，感染后7天内死亡。Irf7 -/- 小鼠和 Irf3-/- Irf7-/- 小鼠的 Ifna 和 Ifnb 表达水平显着降低，但 Cxcl10（147310）和 Ifna2（147562）的诱导并未受损。24小时内，包括Ifng在内的多种其他细胞因子在Irf3-/- Irf7-/-小鼠的血清中以高水平存在，此时DENV2开始被清除。Irf3-/- Irf7-/- 小鼠中 DENV 复制受到 Ifng、Cxcl10 和 Cxcr3（300574）的限制。此外，其他 Ifn 刺激基因的诱导孤立于 Irf3 和 Irf7。Chen等人（2013）得出结论，IRF3和IRF7是早期控制DENV感染所必需的，但晚期IRF3和IRF7孤立的途径有助于抗DENV免疫。

Menachery等（2010）发现，与野生型小鼠相比，Irf3缺失小鼠在角膜或颅内感染后控制脑组织中单纯疱疹病毒（HSV）-1复制的能力受损。Irf3缺失小鼠的炎症细胞因子反应增强，大脑中干扰素产生减少，导致致死率增加。这些发现证明了 IRF3 在 HSV-1 攻击后控制中枢神经系统感染中的关键作用。

▼ 等位基因变异体（2个精选例子）：

.0001 感染引起的急性脑病（疱疹特异性），易感性，7

IRF3、ARG285GLN

一名15岁丹麦裔女孩患有单纯疱疹脑炎（IIAE7; 616532），Andersen et al.（2015）在IRF3基因中发现了一个杂合的c.854G-A转换（c.854G-A, NM_001571.5），导致arg285到gln（R285Q）的高度替换调节域中的保守残基。该突变是通过全外显子组测序发现并通过桑格测序确认的，并根据 dbSNP 数据库进行筛选。未受影响的父亲也是突变杂合子，与不完全外显率一致；无法获得母亲的 DNA，且该患者没有兄弟姐妹。与对照组相比，患者外周血细胞显示突变蛋白的正常表达，但在合成病原体相关分子模式刺激后干扰素反应显着受损，并且对 HSV-1、HSV-2 和 HSV-8 的反应不同程度降低。HEK293 细胞的体外功能表达测定表明，突变蛋白在 S386 处未正确磷酸化，并且在感染或途径特异性刺激后不会形成同二聚体。TLR3（603029）/TRIF（607601）通路受影响最大。没有证据表明存在显性负效应，Andersen et al.（2015）推测单倍体不足是造成表型的原因。野生型IRF3在患者细胞中的表达恢复了表达干扰素-β（IFNB1；147640）应对感染。

Mork等人（2015）指出，R285Q变体在ExAC数据库中的出现频率较低（0.000066）。

.0002 感染引起的急性脑病（疱疹特异性），易感性，7

IRF3、ALA277THR

一名 34 岁男性（P2），患有成人发病的单纯疱疹脑炎（IIAE7；616532），Mork et al.（2015）在IRF3基因中发现了一个杂合的c.829G-A转换（c.829G-A, NM_001197122.1），导致ala277到thr（A277T）的取代。该突变是通过全外显子组测序发现并经Sanger测序证实的，在ExAC数据库中发现频率较低（0.0036）。患者外周血单个核细胞β-干扰素（IFNB1；与对照组相比，CXCL10（147310）和TNFA（191160）对poly（I;C）刺激和/或HSV-1感染有反应，表明抗病毒反应有缺陷和功能丧失。