近日，北京化工大学生命科学与技术学院冯越团队与中国科学院微生物研究所李明团队 Vita 上发表题为 “Caspase forms double-stranded helical assembly during the type IV Thoeris antiviral response”的研究论文。该研究揭示了IV型Thoeris抗噬菌体免疫系统中Caspase样蛋白的全新激活机制，为理解细菌抗病毒免疫以及Caspase样蛋白在不同生命类群中的功能演化提供了新的认识。
噬菌体是专门感染细菌的病毒。为抵御噬菌体入侵，细菌在长期进化过程中形成了多种抗噬菌体防御系统。其中，Thoeris系统是一类重要的细菌免疫系统，可通过TIR结构域蛋白产生小分子免疫信号，并激活下游效应蛋白，从而限制噬菌体复制和传播。IV型Thoeris系统由TIR结构域蛋白和Caspase样蛋白组成，但TIR来源的免疫信号如何激活Caspase样蛋白，以及该过程如何参与抗噬菌体防御，此前仍缺乏系统的结构和机制解释。
在本研究中，合作团队发现IV型Thoeris系统广泛存在于细菌和古菌中，并能够帮助大肠杆菌抵抗T6、EP02SG等噬菌体感染。研究表明，噬菌体感染后，TIR蛋白可利用细胞内NAD⁺产生核苷酸信号分子N7-cADPR；该信号分子进一步结合Caspase样蛋白的C端结构域，诱导其发生构象变化和高阶装配重构。被激活的Caspase样蛋白能够切割多个细胞内蛋白，破坏宿主细胞基本生命活动，从而通过流产感染样反应阻断噬菌体扩增。
进一步结合冷冻电镜结构解析、生化实验和噬菌体防御实验，研究团队阐明了Caspase样蛋白从静息态到激活态的分子过程。在未感染状态下，Caspase样蛋白主要以二聚体或右手螺旋装配形式存在，其底物通道被关键环区遮挡，处于自抑制状态；当N7-cADPR结合后，Caspase二聚体重新组装为双链左手螺旋结构，进而打开底物结合通道并重塑催化中心，最终激活蛋白水解功能。该发现揭示了一种不同于经典Caspase激活方式的全新调控范式，即核苷酸第二信使通过诱导高阶装配重构来激活Caspase样效应蛋白。
本研究不仅解析了IV型Thoeris抗噬菌体系统的关键分子机制，也将TIR结构域介导的免疫信号生成与Caspase样蛋白介导的细胞命运调控联系到同一条原核抗病毒通路中，为理解跨生命域先天免疫系统的演化联系提供了重要线索。
IV型Thoeris抗噬菌体免疫中Caspase样蛋白的N7-cADPR依赖性激活模型
北京化工大学博士研究生魏琳琳、中国科学院微生物研究所舒宪博士、北京科技大学王文贺博士为本文共同第一作者。北京化工大学生命科学与技术学院冯越教授、中国科学院微生物研究所李明研究员、北京科技大学王文贺博士为本文共同通讯作者。研究工作得到国家重点研发计划、中国科学院战略性先导科技专项、国家自然科学基金等项目支持。
原文链接：https://doi.org/10.15302/vita.2026.06.0047
冯越，北京化工大学教授，博士生导师。2013年博士毕业于清华大学，同年进入北京化工大学工作。冯越课题组多年来一直以生物化学与分子生物学、结构生物学、细胞生物学等为手段，对微生物与宿主免疫系统相互作用等领域相关蛋白质的结构与功能开展研究。共发表通讯作者（含共同）SCI论文36篇，分别发表在Nature（2018&2024）、Cell（2023&2025）、Vita（2026）、Mol Cell（2020&2022&2024）、Nat Chem Biol（2022&2024&2025&2026）、PNAS（2023）等期刊。曾获全国青年岗位能手（2020）、青年北京学者（2024）、霍英东教育基金会第十九届高等院校青年科学奖（2024）、北京市优秀青年人才（2020）、中华医学科技奖二等奖（2024）、中国十大新锐科技人物（2018）、北京市科技新星（2019）、北京高校青年教师教学基本功比赛优秀指导教师奖（2023）等。