HIV基因組還有“隱藏款”？《Nature Microbiology》|發現環狀RNA circHIV增強病毒轉錄

人類免疫缺陷病毒1型以其精密的基因調控網絡著稱。在不足10 kb的緊湊基因組內，它通過宿主剪接體的復雜加工，產生超過40種mRNA異構體，編碼至少9種病毒蛋白——這幾乎將編碼能力發揮到了極致。然而，這個“寸土寸金”的基因組，是否還隱藏著未被發現的RNA物種？

2026年3月13日，《Nature Microbiology》在線發表了一項來自耶魯大學醫學院的重磅研究，題為《HIV-1-encoded circular RNA enhances viral transcription through Tat binding》。本研究由耶魯大學醫學院免疫生物學系的Y. Grace Chen教授團隊領銜完成。

研究團隊首次發現，HIV-1感染的細胞會產生一種病毒編碼的環狀RNA，命名為circHIV。這種環狀RNA能夠結合病毒關鍵轉錄激活因子Tat蛋白，顯著增強HIV-1啟動子的轉錄活性，形成一個正反饋回路，加速病毒基因表達。這一發現揭示了HIV生命周期中一個此前被完全忽視的調控層面，為理解病毒致病機制和開發新型抗病毒策略開辟了新方向。

一、背景：環狀RNA與病毒感染 的交叉點

環狀RNA是一類共價閉合的單鏈RNA分子，沒有5'帽和3' poly(A)尾，比線性RNA更穩定。最初在類病毒和丁型肝炎病毒中發現，如今已知環狀RNA在真核細胞中廣泛存在，部分具有海綿吸附microRNA、結合蛋白或翻譯成多肽的功能。

在病毒學領域，EBV、KSHV、HPV等DNA病毒已被報道編碼環狀RNA。SARS-CoV-2、RSV和HCV等RNA病毒也產生病毒環狀RNA。但逆轉錄病毒是否編碼環狀RNA，此前從未被探索。

HIV-1的轉錄本經過宿主剪接體廣泛剪接，剪接位點的存在暗示了反向剪接產生環狀RNA的可能性。本研究正是從這個角度切入，尋找HIV-1感染細胞中可能存在的病毒環狀RNA。

二、發現：circHIV——一個HIV-1編碼的新型環狀RNA

研究團隊首先對HIV-1感染的Jurkat T細胞克隆進行環狀RNA富集測序。通過去除poly(A) RNA、核糖體RNA，并用RNase R消化線性RNA，富集環狀轉錄本后進行高通量測序。

生物信息學分析在HIV-1基因組上鑒定出9個推定的病毒環狀RNA，其中一個跨越核苷酸5,390-6,044的環狀RNA在RNase R處理后富集最顯著，且在多個感染細胞系中穩定存在。三個獨立的環狀RNA發現工具（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，符合反向剪接產生環狀RNA的特征。

圖1 | HIV-1編碼病毒環狀RNA的生信發現

三、驗證：從細胞系到患者血漿的 廣泛存在

為驗證circHIV的真實性，研究團隊設計了跨反向剪接接頭的發散引物。RT-qPCR證實，circHIV在RNase R處理后顯著富集，而線性HIV-1 mRNA則被降解。Sanger測序確認了預期的反向剪接接頭序列。

Northern blot進一步證實，circHIV以約655 nt和342 nt兩種異構體形式存在，且對RNase R具有抗性。較小的異構體由D3和A3剪接位點之間的內部正向剪接產生。

將包含剪接位點的HIV-1片段克隆至表達質粒后，轉染細胞同樣檢測到兩種circHIV異構體，而缺乏側翼序列的對照質粒則不產生，證實circHIV通過反向剪接產生。

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

圖2 | HIV-1編碼circHIV的體外與體內實驗驗證

四、定位：細胞核、細胞質與病毒顆粒

亞細胞分級顯示，circHIV分布于細胞核和細胞質，但主要富集于細胞質，與主要定位于核的線性HIV-1 mRNA形成對比。RNA-FISH進一步證實了這一分布模式。

更令人驚訝的是，病毒顆粒純化實驗表明，circHIV被選擇性包裝進HIV-1病毒顆粒。與宿主環狀RNA（circPOLR2A、circHIPK3、circPVT1）幾乎不進入病毒顆粒不同，circHIV在病毒顆粒中的豐度接近已知被包裝的7SL RNA。進一步的生信分析顯示，約30%的病毒顆粒環狀RNA注釋到HIV-1基因組，表明多種病毒環狀RNA被選擇性包裝。

這一發現暗示，circHIV可能在病毒進入新細胞后立即發揮功能，無需等待前病毒整合。

圖3 | circHIV定位于細胞核、細胞質和病毒顆粒

五、功能：circHIV增強HIV-1轉錄

為探究circHIV的功能，研究團隊設計了靶向其反向剪接接頭的shRNA和CRISPR-Cas13d系統。

shRNA敲低circHIV后，HIV-1感染細胞的GFP陽性比例和平均熒光強度均顯著下降，而線性HIV-1 mRNA水平不受影響。Cas13d介導的敲低同樣導致GFP陽性細胞減少約1.5倍。

相反，體外合成的circRNA轉染過表達實驗中，circHIV使GFP陽性細胞增加約1.5倍，效果與外源性Tat mRNA相當。時間進程分析表明，circHIV不影響病毒進入、逆轉錄和整合，而是在轉錄階段發揮增強作用。

熒光素酶報告基因實驗進一步證實，circHIV增強HIV-1 LTR啟動子活性，且與Tat協同作用，使轉錄活性顯著高于Tat單獨處理或與對照RNA共轉染。

圖4 | circHIV增強HIV-1轉錄

圖5 | circHIV增強HIV-1啟動子活性

六、機制： circHIV直接結合Tat蛋白

RNA免疫沉淀實驗顯示，抗Tat抗體能顯著富集circHIV，而線性HIV-1 RNA不被富集。已知的Tat結合宿主轉錄本FADD和ISG20作為陽性對照被富集，陰性對照HPRT和宿主環狀RNA則不被富集。

體外鏈霉親和素pull-down實驗證實，生物素標記的circHIV能直接結合純化的Tat蛋白，而circ-mCherry和線性HIV-1 RNA則不能。通過分段替換，研究將Tat結合區域定位到circHIV的第93-188位核苷酸。

值得注意的是，circHIV與TAR RNA對Tat的結合互不競爭，提示二者可能結合Tat的不同結構域或協同作用。RNA二級結構預測顯示，circHIV與線性HIV-1 RNA采取截然不同的構象，這可能解釋了二者對Tat結合能力的差異。

七：討論與展望

本研究首次揭示，逆轉錄病毒HIV-1編碼環狀RNA，且這種環狀RNA通過結合病毒關鍵轉錄激活因子Tat，增強HIV-1轉錄，形成一個正反饋回路。

核心發現總結：

1. 存在性：HIV-1感染細胞產生病毒編碼的環狀RNA circHIV，在多種細胞系、原代細胞和患者血漿中檢出。

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

3. 功能：circHIV增強HIV-1 LTR啟動子活性，促進病毒轉錄。

4. 機制：circHIV直接結合Tat蛋白，與TAR協同但不競爭，通過獨特的RNA拓撲結構實現特異性結合。

意義與展望：

• 拓展病毒環狀RNA譜系：將RNA逆轉錄病毒納入病毒環狀RNA的版圖。

• 揭示新的調控層次：環狀RNA作為病毒轉錄的“隱形加速器”，是HIV-1基因調控的 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轉錄的新策略。

正如研究者所言：“circHIV的發現揭示了環狀RNA作為轉錄調控因子的新功能，為理解HIV-1致病機制和開發抗病毒療法開辟了新方向。”

個人觀點，僅供參考

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