微生物学报

CBASS types	Composition	Protein name	Protein type	Signaling molecules	References
Type Ⅰ	CD-NTase+effector	CapV	The membrane-destructive effector protein CapV is activated and has phospholipase activity, leading to membrane damage	3′3′-cGAMP	[14]
		CapE	The membrane-destructive effector protein CapE, when activated, has phospholipase activity, leading to membrane disruption	cUA	[23]
		Cap15	After the membrane-perforating effector protein Cap15 is activated, oligomerization of the TM domain leads to membrane perforation	2′3′-cGAMP	[24]
		Cap14	After the membrane-perforating effector protein Cap14 is activated, oligomerization of the TM domain leads to membrane perforation	2′3′-cGAMP	[25]
		Cap16	After the membrane-perforating effector protein Cap16 is activated, the oligomerization of the TM domain leads to membrane perforation	2′3′-cGAMP	[24]
		Cap4	The endonuclease-type effector protein Cap4, when activated, leads to DNA degradation	2′3′3′-cAAA, 3′3′3′-cAAG	[15-16]
		Cap5	The endonuclease-type effector protein Cap4, when activated, leads to DNA degradation	3′2′-cGAMP, c-diAMP	[26]
Type Ⅱ	CD-NTase+effector+accessory proteins (Cap2/Cap3)	Cap2	After the ubiquitination-regulated accessory protein Cap2 is activated, it can achieve the complete activation of CD-NTase	-	[27-28]
		Cap3	The deubiquitination-regulated accessory protein Cap3 inhibits the full activation of CD-NTase after activation		[27]
Type Ⅱ (short)	CD-NTase+effector+accessory proteins (E2)	E2	The deubiquitination-regulated accessory protein Cap3 inhibits the full activation of CD-NTase after activation	-	[29]
Type Ⅲ	CD-NTase+effector+accessory proteins (Cap6/Cap7)	NucC	After the endonuclease-type effector protein NucC is activated, it leads to nucleic acid degradation	3′3′3′-cAAA	[15,30]
		Cap17	The activation of the metabolic exhaustion-type effector protein Cap17 leads to the degradation of ATP	-	[18]
		TIR-SAVED	The activation of the metabolic exhaustion-type effector protein TIR-SAVED leads to the degradation of NAD+	3′3′3′-cAAA	[31-32]
		Cap6	The regulatory accessory protein Cap6 inhibits the activities of Cap7 and CD-NTase	-	[33-34]
		Cap7	The regulatory accessory protein Cap7, when activated by the phage protein, leads to the complete activation of CD-NTase	-	[33-34]
		CapH	The transcriptional regulatory co-protein CapH inhibits the expression of CBASS	-	[34]
		CapP	After the transcription regulatory accessory protein CapP is activated, it cleaves CapH and promotes the expression of CBASS	ssDNA	[34]
		CapW	The activation of the transcriptional regulatory accessory protein CapW promotes the expression of CBASS	ssDNA	[35]
Type Ⅳ	CD-NTase+effector+accessory proteins (Cap9/Cap10/Cap11)	Cap9-11	Nucleotide-modified accessory protein	-	[22]

CBASS types	Composition	Protein name	Protein type	Signaling molecules	References
Type Ⅰ	CD-NTase+effector	CapV	The membrane-destructive effector protein CapV is activated and has phospholipase activity, leading to membrane damage	3′3′-cGAMP	[14]
		CapE	The membrane-destructive effector protein CapE, when activated, has phospholipase activity, leading to membrane disruption	cUA	[23]
		Cap15	After the membrane-perforating effector protein Cap15 is activated, oligomerization of the TM domain leads to membrane perforation	2′3′-cGAMP	[24]
		Cap14	After the membrane-perforating effector protein Cap14 is activated, oligomerization of the TM domain leads to membrane perforation	2′3′-cGAMP	[25]
		Cap16	After the membrane-perforating effector protein Cap16 is activated, the oligomerization of the TM domain leads to membrane perforation	2′3′-cGAMP	[24]
		Cap4	The endonuclease-type effector protein Cap4, when activated, leads to DNA degradation	2′3′3′-cAAA, 3′3′3′-cAAG	[15-16]
		Cap5	The endonuclease-type effector protein Cap4, when activated, leads to DNA degradation	3′2′-cGAMP, c-diAMP	[26]
Type Ⅱ	CD-NTase+effector+accessory proteins (Cap2/Cap3)	Cap2	After the ubiquitination-regulated accessory protein Cap2 is activated, it can achieve the complete activation of CD-NTase	-	[27-28]
		Cap3	The deubiquitination-regulated accessory protein Cap3 inhibits the full activation of CD-NTase after activation		[27]
Type Ⅱ (short)	CD-NTase+effector+accessory proteins (E2)	E2	The deubiquitination-regulated accessory protein Cap3 inhibits the full activation of CD-NTase after activation	-	[29]
Type Ⅲ	CD-NTase+effector+accessory proteins (Cap6/Cap7)	NucC	After the endonuclease-type effector protein NucC is activated, it leads to nucleic acid degradation	3′3′3′-cAAA	[15,30]
		Cap17	The activation of the metabolic exhaustion-type effector protein Cap17 leads to the degradation of ATP	-	[18]
		TIR-SAVED	The activation of the metabolic exhaustion-type effector protein TIR-SAVED leads to the degradation of NAD+	3′3′3′-cAAA	[31-32]
		Cap6	The regulatory accessory protein Cap6 inhibits the activities of Cap7 and CD-NTase	-	[33-34]
		Cap7	The regulatory accessory protein Cap7, when activated by the phage protein, leads to the complete activation of CD-NTase	-	[33-34]
		CapH	The transcriptional regulatory co-protein CapH inhibits the expression of CBASS	-	[34]
		CapP	After the transcription regulatory accessory protein CapP is activated, it cleaves CapH and promotes the expression of CBASS	ssDNA	[34]
		CapW	The activation of the transcriptional regulatory accessory protein CapW promotes the expression of CBASS	ssDNA	[35]
Type Ⅳ	CD-NTase+effector+accessory proteins (Cap9/Cap10/Cap11)	Cap9-11	Nucleotide-modified accessory protein	-	[22]

细菌环寡核苷酸介导的抗噬菌体信号系统研究进展

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刘泽林 , 黄丽萍 , 甄向凯 , 张丹丹 ^*

微生物学报 | 综述 2025,65(11): 4721-4735

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微生物学报 | 综述 2025, 65(11): 4721-4735

细菌环寡核苷酸介导的抗噬菌体信号系统研究进展

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刘泽林, 黄丽萍, 甄向凯, 张丹丹^*

作者信息

福建师范大学生命科学学院，福建福州

Advances in the study of bacterial cyclic oligonucleotide-mediated anti-phage signaling systems

Zelin LIU, Liping HUANG, Xiangkai ZHEN, Dandan ZHANG^*

Affiliations

College of Life Science, Fujian Normal University, Fuzhou, Fujian, China

出版时间: 2025-11-04 doi: 10.13343/j.cnki.wsxb.20250257

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摘要

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基于细菌环寡核苷酸(cyclic oligonucleotide, CO)的抗噬菌体信号系统(cyclic oligonucleotide-based anti-phage signaling system, CBASS)是一种广泛分布于细菌中的先天免疫系统。该系统由寡核苷酸环化酶cGAS/DncV样核苷酸转移酶(cGAS/DncV-like nucleotidyltransferases, CD-NTases)、CD-NTase相关蛋白(CD-NTase-associated protein, Cap)和辅助蛋白(accessory proteins)组成。寡核苷酸环化酶在细菌受到噬菌体感染时会产生信号环寡核苷酸以放大信号，随后效应蛋白被环寡核苷酸激活，通过损伤细胞膜、降解DNA和耗竭必需代谢物等多种机制诱导细胞死亡。辅助蛋白则负责对CBASS系统进行调控，最终抑制噬菌体感染。本文介绍了CBASS系统的组成和分类，并进一步阐述了CD-NTase识别结合噬菌体RNA并激活合成第二信使CO的过程；Cap效应基因编码的效应蛋白通过结合第二信使介导细胞杀伤，而Cap的辅助基因编码的辅助蛋白则参与调控CBASS系统的活性。同时，本文还介绍了噬菌体对CBASS系统的免疫逃逸。本文有助于从CBASS系统的角度深入理解噬菌体与其宿主菌互作详细机制及其生物学意义。

关键词

CBASS / cGAS / 抗噬菌体 / 抗CBASS

Abstract

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The cyclic oligonucleotide (CO)-based anti-phage signaling system (CBASS), an innate immune system widely distributed in bacteria, is composed of oligonucleotide cyclases cGAS/DncV-like nucleotidyltransferases (CD-NTases), CD-NTase-associated protein (Cap), and accessory proteins. When bacteria are infected by phages, CD-NTases generate COs to amplify signals. Subsequently, effectors are activated by COs, inducing cell death through multiple mechanisms such as damaging cell membranes, degrading DNA, and depleting essential metabolites. Accessory proteins are responsible for regulating the CBASS, ultimately inhibiting phage infection. This review introduces the composition and classification of CBASS and further discusses the process by which CD-NTases recognize and bind to phage RNA to activate the synthesis of the second messenger CO. Effectors encoded by Cap effector genes mediate cell killing by binding to COs, while accessory proteins encoded by Cap auxiliary genes are involved in regulating the activity of CBASS. In addition, the immune evasion of phages from CBASS is also discussed. This review helps to understand the detailed mechanisms and biological significance of the interactions between phages and their host bacteria from the perspective of CBASS.

Key words

CBASS / cGAS / phage resistance / anti-CBASS

引用本文

刘泽林, 黄丽萍, 甄向凯, 张丹丹. 细菌环寡核苷酸介导的抗噬菌体信号系统研究进展. 微生物学报, 2025 , 65 (11) : 4721 -4735 . DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20250257

Zelin LIU, Liping HUANG, Xiangkai ZHEN, Dandan ZHANG. Advances in the study of bacterial cyclic oligonucleotide-mediated anti-phage signaling systems[J]. Acta Microbiologica Sinica, 2025 , 65 (11) : 4721 -4735 . DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20250257

正文

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自然界中所有生物的生存均依赖于细胞对内部状态及外部环境变化的感知能力，除环境压力外细菌还面临着病毒(噬菌体)的侵袭，在与噬菌体的长期较量中细菌逐渐进化出复杂的防御机制来对抗噬菌体，其中包括限制性修饰系统(restriction-modification system)和规律成簇的间隔短回文重复序列系统及相关蛋白(clustered regularly interspaced short palindromic repeats, CRISPR-associated, CRISPR-Cas)系统，这些防御系统通过特异性识别并破坏外源DNA，从而有效阻止噬菌体的复制^[1]。

越来越多的证据表明哺乳动物先天免疫系统的多个组分在细菌中存在功能同源物，例如参与烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(nicotinamide adenine dinucleotide, NAD⁺)代谢的含Toll样受体(Toll/interleukin-1 receptor, TIR)结构域的蛋白^[2-5]、核苷酸结合寡聚化结构域(nucleotide binding oligomerization domain containing, NOD)样受体(Nod-like receptor，NLR)家族蛋白^[6]，以及环鸟苷酸-腺苷酸合成酶-干扰素基因刺激因子(cyclic GMP-AMP synthase-stimulator of interferon genes, cGAS-STING)信号通路^[7-8]。这些保守元件发挥着与哺乳动物中相似的作用，通过执行抗菌效应功能在噬菌体防御机制中扮演着关键角色。哺乳动物细胞中的环GMP-AMP合成酶(cyclic GMP-AMP synthase, cGAS)-STING免疫通路在感知病毒感染过程中发挥重要功能，现已证实这一通路源自一种细菌防御系统——基于环寡核苷酸(cyclic oligonucleotide, CO)的抗噬菌体免疫系统(cyclic oligonucleotide-based anti-phage signaling system, CBASS)^[7-9]。该系统在细菌中分布广泛，且具有功能多样性。在动物细胞中cGAS作为关键的DNA感受器能够识别并结合入侵的双链病毒DNA；cGAS在结合DNA后会催化合成第二信使环状鸟苷酸-腺苷酸(2′,3′-cyclic GMP-AMP, 2′3′- cGAMP)，进而通过STING通路激活干扰素应答^[10]。此外，cGAS活性的精准调控对于维持免疫反应的平衡至关重要。cGAS通过催化三磷酸腺苷(adenosine triphosphate, ATP)和GTP合成2′3′- cGAMP，启动cGAS-STING信号通路；紧接着，2′3′-cGAMP作为第二信使与内质网膜上的干扰素基因刺激因子(stimulator of interferon genes, STING)蛋白特异性结合，导致STING构象发生变化，进而激活下游的信号传导级联^[11]。该信号通路最终通过激活干扰素调节因子3 (interferon regulatory factor 3, IRF3)和核因子κB (nuclear factor kappa-B, NF-κB)，诱导I型干扰素及促炎细胞因子的表达，从而启动宿主抗病毒免疫应答^[10-11]。

细菌中的cGAS/DncV样核苷酸转移酶(cGAS/DncV-like nucleotidyltransferases, CD-NTases)能感知病毒感染，并合成环状二核苷酸(cyclic dinucleotides, CDNs)作为第二信使，激活下游效应蛋白网络，进而构建起一种与哺乳动物cGAS-STING通路相类似的抗菌防御体系^[12]。与cGAS-STING通路不同的是CBASS系统的CO所结合并激活的是同源的CD-NTase相关蛋白(CD-NTase-associated protein, Cap)效应蛋白，这些效应蛋白被激活后通常具有磷脂酶、核酸酶、蛋白酶、ATP核苷酶等活性，可启动细胞程序性死亡，阻止噬菌体在宿主体内的复制，从而抑制噬菌体侵染附近的细胞，这一过程被称为顿挫感染(abortive infection, Abi)^[8,13-22]。本文对近期原核生物中发现的CBASS抗噬菌体系统进行综述。

1 CBASS的组成

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研究人员通过生物信息学和功能分析发现，CBASS广泛存在于细菌和古细菌基因组中，形成了一个庞大且高度多样化的抗噬菌体防御家族^[21-22]。CBASS至少由2种蛋白质构成：一种是感知噬菌体入侵信号的酶(CD-NTases)，负责生成信号分子CO；另一种则作为效应杀伤因子，能够识别这些CO，并触发细胞杀伤机制。相比之下，更为复杂的CBASS除了具有这2种基本元件外还编码CBASS辅助基因。Millman等^[22]通过基因组同源性分析，在古菌和细菌中鉴定出5 756个寡核苷酸环化酶基因，并对这些微生物基因组中的CBASS进行系统性分析。根据CBASS组成、寡核苷酸环化酶产生的信号分子以及效应蛋白的功能将CBASS分为4种主要类型。如表1所示，其中Ⅰ型CBASS是最普遍也最简单的一类，是仅由寡核苷酸环化酶基因和效应基因组成的双基因系统；Ⅱ型CBASS在Ⅰ型CBASS的基础上还编码含泛素相关结构域的辅助基因；Ⅲ型操纵在辅助基因方面与Ⅱ型不同，其辅助基因编码的蛋白通常含有HORMA和TRIP13结构域；Ⅳ型CBASS是一种罕见的CBASS，除了有基本的2个核心元件外还编码Cap9、Cap10和Cap11 3个辅助基因，这些辅助基因编码的效应蛋白被推测参与核苷酸修饰。

2 细菌CBASS抗噬菌体策略

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2.1 细菌CBASS感知噬菌体入侵

尽管细菌的CBASS在抵御噬菌体感染中发挥着关键作用，但其抗噬菌体机制的细节一直不为人知，如CBASS中的核心组分CD-NTase被噬菌体激活的机制尚不清楚。对于真核细胞来说，cGAS可与细胞中的病毒双链DNA直接结合并被激活^{[10,21-22,36]}，此外还存在其他同源cGAS可通过结合病毒RNA来感知病毒入侵^[37-38]。直到2023年，Banh等^[39]发现葡萄球菌噬菌体会产生一种由末端酶亚基基因转录而成的结构化RNA，这种RNA被称为CBASS-activating bacteriophage RNA (cabRNA)，并被证实是CBASS免疫反应的触发器；cabRNA通过与施氏葡萄球菌-CBASS (Staphylococcus schleiferi- CBASS, Ssc-CBASS)的CdnE03环化酶结合启动CO的合成，进而激活Cap15的活性导致膜损伤，从而保护葡萄球菌群体免受Φ80α噬菌体的侵染。为了探究cabRNA与CdnE03相互作用机制，研究人员解析了cabRNA与CdnE03结构后发现，当噬菌体侵染宿主后病毒会从编码终止酶小亚基(terS)和大亚基(terL)的基因中转录出约400 nT的cabRNA；cabRNA与CdnE03环化酶结合促进cGAMP合成，进而激活CBASS免疫反应；随后CdnE03环化酶上带有保守赖氨酸和精氨酸残基的正电荷表面结合39 nT和49 nT的cabRNA，激活cGMP合成，启动抗噬菌体免疫^[39]。

在细菌防御系统中，与真核生物cGAS通过识别特定长度双链RNA (double strand RNA, dsRNA)而非序列特异性激活的机制不同，细菌中的cabRNA是一种高度免疫原性的病原体相关分子模式(pathogen-associated molecular patterns, PAMP)，它能够结合到环化酶的正电表面，促进环状二核苷酸cGAMP的合成，激活CBASS免疫反应；然而，逃逸CBASS免疫反应的噬菌体突变会导致产生一种更长形式的cabRNA，这种cabRNA无法激活CdnE03；这类分子在细胞质中的异常积累通常作为RNA病毒感染的特征性信号；鉴于细菌中细胞核与细胞质并未明确分隔，Banh等^[39]的研究揭示原核生物中的CBASS环化酶通过检测一种独特的噬菌体源性RNA来激活免疫反应，这种RNA与宿主转录组特性相异，从而避免了自身免疫反应的发生；今后的研究将集中在cabRNA具有的特性上，如其生物发生、结构、功能和与CBASS环化酶的分子相互作用，使其能够启动环核苷酸第二信使的合成。

近期研究发现，噬菌体编码衣壳(capsid)蛋白的基因若发生突变将促使噬菌体成功实现对Ⅰ型CBASS的免疫逃逸，然而CBASS如何识别衣壳蛋白并触发免疫应答的具体机制目前仍是一个待解之谜^[40-41]。

2.2 效应蛋白破坏细胞膜结构

CBASS的效应蛋白主要由2个结构域组成，即环状寡核苷酸感应结构域和细胞杀伤结构域。作为效应蛋白的关键组件，细胞杀伤结构域凭借多样的催化活性触发宿主防御机制(图1)；目前，在CBASS中已鉴定的效应杀伤功能包括磷脂酶活性(水解细胞膜磷脂双分子层)、核酸酶活性(降解噬菌体遗传物质)、蛋白酶活性(破坏关键宿主因子)以及ATP酶活性(耗竭能量储备)^{[14,16,18,22]}。Cap效应蛋白通过执行这些效应杀伤功能来介导细胞自杀和阻止噬菌体复制；其中，CBASS针对细胞膜结构的破坏并诱导细胞程序性死亡的方式是一种普遍存在的抗噬菌体途径；2018年，Severin等^[14]在霍乱弧菌(Vibrio cholerae)中发现CapV受DncV合成的cGAMP激活后具有磷脂酶活性，而磷脂酶结构域的作用是通过降解细胞膜内的磷脂导致细胞形态改变，最终使细胞裂解；当宿主细胞受到病毒入侵时CapV被cGAMP激活，并快速降解胞内磷脂酰乙醇胺和磷脂酰甘油破坏细胞膜完整性，以抵御噬菌体的入侵^[14,23]。相比之下，同样具有磷脂酶活性的CapE在静息状态时会以二聚体的形式存在，此时其底物通道处于封闭状态，环腺苷尿苷酸(3′,3′-cyclic UMP-AMP, cUA)则是触发CapE构象变化的关键因素^[42]。在激活过程中，CapE二聚体以“头尾相接”的方式进行线性堆叠，进而自组装形成纤维状超分子复合物。这种独特的纤维状复合物结构具有重要意义，它使通往酶活中心的底物通道得以开放，原本隐藏在内部的催化位点也随之暴露出来这一系列变化驱动CapE效应蛋白由静息态向活化态转变，此时CapE磷脂酶类效应蛋白展现出卓越的功能，能够迅速裂解细胞膜；随着细胞膜被逐步破坏，最终会导致细胞裂解和死亡^[14,23,42]。

效应蛋白家族不仅具有磷脂酶催化活性，而且其C端常含有一个跨膜螺旋，即TM结构域(transmembrane domain, TMD)。当第二信使激活该结构域时会引发其构象重排，随后发生寡聚化，最终在细胞膜上打孔。膜穿孔的形成会导致胞内外离子梯度被破坏、ATP泄漏及膜电位丧失，最终通过渗透裂解机制引发细胞死亡。如上述提到的Cap15，在2021年Duncan-Lowey等^[24]发现Cap15的组成包括N端TM螺旋融合到一个C端的β桶结构域，未激活时在细胞内以寡聚形式存在；当C端的β桶结构域结合环状寡核苷酸时Cap15会在膜内形成高阶复合物，TM结构域激活，效应蛋白寡聚并嵌入膜内形成一个穿孔，损伤细胞膜；除Cap15外该团队还发现了几个含TM结构域的CBASS 效应蛋白家族，例如Cap14 (TM-SAVED)和Cap16 (TM-NUDIX)，这些蛋白上的TM结构域同样会通过寡聚化在内膜形成穿孔发挥细胞毒性，并且根据所融合的结构域的不同具有不同的功能^[24]。例如2023年Tak等^[25]发现Cap14蛋白的跨膜结构域(TM)与SAVED (SAM and HD domain-containing)结构域融合后能够在细菌细胞质膜上组装形成新型核苷离子通道；该通道具有双重功能特性：一方面，Cap14 (TM-SAVED)可特异性识别并结合由CdnB环化酶合成的2′3′- cGAMP；另一方面，Cap14依赖TM-SAVED形成孔道结构介导阳离子跨膜运输；2′3′-cGAMP与Cap14的结合可促使Cap14形成四聚体，随后插入细菌细胞膜，将氯离子泵出至细胞外，从而扰乱细胞的酸碱平衡和渗透压，引起细菌顿挫感染。Cap16的TM结构域则融合了NUDIX水解酶；现已知该结构域可切割与其他片段相连的核苷二磷酸分子，然而在对NUDIX进行突变实验后发现Cap16依然具有细胞毒性^[24,43]，尽管部分效应蛋白的TM结构域融合了其他多种功能结构域，但TM结构域的寡聚化可能导致的内膜破坏仍是诱导快速细胞死亡、抑制噬菌体复制的关键因素。

2.3 效应蛋白降解噬菌体与宿主DNA

具有核酸酶活性的效应蛋白可通过降解宿主自身DNA及噬菌体基因组阻断噬菌体复制周期并诱导细胞感染。2020年，Lowey等^[16]通过体外研究揭示Cap4效应蛋白借助SAVED结构域与核苷酸第二信使结合，进而激活其双链DNA (double-stranded DNA, dsDNA)内切酶活性，激活后的Cap4能将质粒DNA彻底降解，生成小于45 bp的DNA片段。研究人员利用蛋白质晶体结构分析技术揭示了Cap4蛋白的2种功能亚型：AbCap4通过其SAVED结构域中心的保守口袋特异性结合2′,3′,3′-环三腺苷酸(2′,3′,3′- cyclic AMP-AMP-AMP, 2′3′3′-cAAA)分子，而EcCap4则通过SAVED结构域N端的碱性氨基酸簇识别3′,3′,3′-环腺苷酸腺苷酸鸟苷酸(3′,3′, 3′-cyclic AMP-AMP-GMP, 3′3′3′- cAAG)分子；第二信使结合诱导Cap4发生构象变化并寡聚化，形成以二聚体为主的高阶复合物；结构分析显示，Cap4二聚体凭借疏水相互作用紧密堆叠，确保活性位点精确对齐，避免结构域重排；进一步研究显示，Cap4的DNA结合能力源自其N端延伸的特定氨基酸序列，这些序列与α-螺旋-环-α螺旋(helix-loop-helix, HLH)结构域相似，可通过静电相互作用实现对DNA的特异性识别和特异性降解过程^[16]。

Cap5效应蛋白由SAVED结构域和一个HNH核酸内切酶结构域组成，其在细胞内形成处于非活性状态的同型二聚体；Cap5的非活性同源二聚体以交叉方式排列，其中的一个SAVED结构域特异性地识别并结合3′,2′-环状鸟苷酸-腺苷酸(3′,2′-cyclic GMP-AMP, 3′2′- cGAMP)或环二腺苷酸(3′,2′-cyclic diadenosine monophosphate, 3′2′-c-diAMP)后完成由开放向半开放构型的转换^[26]，第二信使在与SAVED结构域结合后可为Cap5四聚体的组装提供了一个表面，其中的第二信使能有效地充当黏合剂，促进2个表面接触并组装；随后每个二聚体的SAVED又形成以交叉排列的形式的四聚体，结合第二信使的SAVED结构域相较于未结合的状态发生显著的旋转差异，这种旋转的不对称性导致相互作用的非对称性；SAVED结构域的这种构型变化致使HNH内切酶结构域也发生变化，将4个相邻的HNH内切酶中处于对角位置的2个结构域活化并与其他二聚HNH内切酶的ββα亚结构中的α螺旋一起形成一个新月形的二聚体活性位点，因此Cap5只有受到激活形成四聚体的形式才具有核酸内切酶活性，并执行DNA降解^[26]。

同样具有核酸内切酶活性的NucC核酸内切酶并不具备其他效应蛋白那种专门感知第二信使的结构域，而是依靠自身组装成中心对称的三聚体结构，进而形成一个变构口袋，这个口袋的底部利用胺基与主链羰基间的氢键以及π堆叠作用精准地识别并结合3′,3′,3′-环三腺苷酸(3′,3′,3′-cyclic AMP-AMP-AMP, 3′3′3′-cAAA)分子中的每个腺嘌呤碱基，同时伴随构象变化完成NucC三聚体由非活性向活性形式的转变；只有3′3′3′-cAAA分子通过对称界面处的疏水簇与NucC三聚体实现面对面互作后才能诱导形成同型六聚体，激活核酸内切酶活性^[15]。

Cap18则与上文提到的几种具有核酸酶活性的效应蛋白不同，它本身即具备3′-5′核酸外切酶活性，无须依赖第二信使的活化，其活性可能受到CapW、CapH以及CapP转录因子之间的协同调控作用，从而调节CBASS的转录以响应DNA损伤，并且Liang等^[19]发现Cap18在CBASS中主要扮演辅助调控角色，而非直接介入核心防御机制。近期研究揭示，细菌中广泛存在一种抗噬菌体措施，即通过结合CO后激活自身核酸酶活性；这种机制不仅存在于CBASS中，还被发现于Ⅲ型CRISPR-Cas系统；例如唾液链球菌嗜热亚种(Streptococcus salivarius subsp. thermophilus)的Csm6在被Cas10合成环寡腺苷酸激活后，可以不加区分地降解宿主和噬菌体的RNA，以防止噬菌体感染和增殖^[30,44]。此外在30多种Ⅲ型CRISPR/Cas系统中也发现NucC同源物，它们可能作为辅助核酸酶被这些系统效应复合物合成的环寡腺苷酸第二信使激活^[15]。Lowey等^[16]对CBASS中广泛存在的效应模块SEVED结构域进行了深入的生物信息学分析，结果揭示SAVED为CARF蛋白家族的一个独特成员，其结构域由2个独立的、具有CARF样特征的亚基构成；这些研究成果不仅阐明了SAVED结构域识别不同非对称配体的机制，还进一步揭示了CBASS与CRISPR抗病毒系统之间的共同进化历程。

2.4 效应蛋白耗竭细胞必需代谢物

细菌通过耗竭自身所必需的代谢分子实现对噬菌体免疫的调控并不罕见，典型的代谢调控机制包括：Toll/interleukin-1受体(TIR)结构域蛋白^[7,31]和sirtuin (SIR2)族蛋白协同催化烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD⁺)降解^[4-5,45-46]，以及dCTP脱氨酶(Dcd)和dGTP水解酶(Dgt)介导的脱氧核苷酸池耗竭^[47]等。在CBASS系统中，TIR-SAVED蛋白也是通过耗竭NAD⁺来实现细菌免疫；它由SAVED结构域和一个TIR核酸内切酶结构域组成，通常以单体形式存在，且不具备NAD酶活性，一旦SAVED结构域与3′3′3′- cAAA信号分子结合便能促使TIR-SAVED蛋白发生寡聚化，进而形成一种右手超螺旋螺线管结构；该结构的特征为直径22 nm，间距14 nm，且每一圈包含17个TIR-SAVED蛋白分子；这种复合物形似灯丝，并具有激活并降解NAD⁺的活性，最终导致细胞死亡；此外，CO还能作为一种黏合剂；每个结合了3′3′3′-cAAA信号分子的TIR-SAVED蛋白以头对头、尾对尾的方式排列；为了防止意外激活，二聚体的TIR-SAVED蛋白并不具有活性，因此只有组装成更大的复合物才能稳定活跃构象的TIR结构域^[32]。同样是通过耗竭NAD⁺来实现细菌免疫的Thoeris抗噬菌体防御操纵子，一般由thsA和thsB 2个基因构成；λ噬菌体感染时ThsB作为传感器蛋白被激活，可将细胞代谢物NAD⁺转化为环状和线性ADP-核糖异构体；在I型Thoeris系统中ThsB产生1′′-3′gcADPR；在II型系统中生成His-ADPR；这些核苷酸免疫信号与ThsA效应蛋白结合，通过消耗NAD⁺或破坏细菌细胞膜来抑制病毒复制^[48]。相比之下，Pycsar系统是由PycC酶和cNMP响应效应蛋白组成；λ噬菌体感染后，PycC被激活，合成环嘧啶单核苷酸信号，如3′5′-cCMP和3′5′-cUMP；这些信号与相关效应蛋白结合，通过消耗NAD⁺或破坏细菌膜来引发细胞死亡^[48]。

Cap17是Ⅲ型CBASS中的一种ATP核苷酶，Rousset等^[18]利用Alphafold2进行预测分析，揭示出Cap17结构由N端的TPALS结构域与C端的嘌呤核苷磷酸化酶(purine nucleoside phosphorylase, PNP)结构域构成，其中TPALS结构域负责感知CO，而C端的PNP结构域则具有特异性切割(d)ATP的N-糖苷键的能力，从而释放游离腺嘌呤，并生成游离腺嘌呤和(脱氧)核糖5′三磷酸^[18]。值得注意的是，这种分子并非大肠杆菌合成ATP的底物；紧接着该团队通过噬菌体侵染实验发现，携带该CBASS基因的大肠杆菌比未携带的大肠杆菌能更好抵御噬菌体感染；随后分析被噬菌体感染的细胞裂解物中代谢物含量，发现表达CBASS的细胞内ATP与去氧腺苷三磷酸(deoxyadenosine triphosphate, dATP)含量明显降低；此外，在未感染的细胞中过表达Cap17的PNP结构域只会产生抑菌作用，并不会引起细胞裂解；因此在病毒感染期间的能量消耗可能不仅可以剥夺噬菌体繁殖所需的能量，还可以促使噬菌体的裂解机制失调，诱导细菌钝挫感染^[18]。

2.5 辅助蛋白参与CBASS的调控

CBASS研究中第二信使合成与效应蛋白激活机制备受瞩目，而其辅助基因编码的辅助蛋白在抗噬菌体免疫调控中的作用也日益受到关注。研究人员在超过10%的已知基因组序列的细菌中鉴定了5 000多种不同的CBASS，约一半的CBASS编码能产生响应噬菌体感染信号分子的CD-NTase以及被CO激活并诱导程序性细胞死亡的效应蛋白，另一半则编码辅助基因^[29]。相比之下，在这些预测的CBASS中有2 199个编码泛素系统的同源物；研究人员将这些与真核生物泛素机制相关且编码辅助基因的CBASS划分为2大类：第1类为Ⅱ型CBASS，含有E1-E2融合蛋白和JAB去泛素化肽酶，但缺乏E3连接酶，因此又称E1E2/JAB-CBASS；第2类为短Ⅱ型CBASS，该类型仅含有E2蛋白，因此简称为E2-CBASS^[29]。

在Ⅱ型CBASS中Cap2和Cap3分别负责泛素化与去泛素化修饰，通过可逆蛋白质翻译后修饰动态调控CD-NTase活性。研究人员发现，Cap2对于大肠杆菌和霍乱弧菌抗噬菌体免疫具有重要意义^[27]。Cap2具有类似E1和E2的结构域，其二聚体上的2个E1结构域经腺苷酸化后能分别与2个CdnV结合，形成具有2个CD-NTase C末端的同型二聚体，这一过程与参与硫代谢的细菌E1蛋白MoeB和ThiF的作用机制类似^[27,49-50]，Cap2会与CdnV结合形成复合物，λ噬菌体感染后Cap2蛋白通过类似泛素转移酶的机制促进CD-NTase与噬菌体蛋白或其他靶标的赖氨酸形成异肽键，从而增强细菌cGAMP合成酶CdnV的活性^[51]。Cap3通过生物信息学分析预测与真核JAB/jam-家族泛素蛋白酶同源^[28]。在CBASS中Cap3能够精确切割，从而解除CD-NTase与底物的偶联，但值得注意的是，过表达Cap3反而无法发挥噬菌体免疫功能；在Ⅱ型CBASS中Cap2与Cap3总是同时表达，且CBASS中缺乏E3蛋白，此外Cap2介导的偶联过程具有较低的特异性，因此Cap3可能具备2大功能：一是限制CD-NTase与非特异性底物的偶联，防止意外激活；二是分解已偶联的非特异性底物与CD-NTase，确保特异性底物能够正确激活CD-NTase^[33,51]。

在短Ⅱ型CBASS中，cGAS的C末端会插入E2催化口袋，进而形成硫酯键和异肽键^[29]。E2蛋白在此过程中扮演多重角色，类似于蛋白酶、E1、E2及E3等，它不仅负责加工cGAS的C末端，还催化cGAS与半胱氨酸、赖氨酸残基的连接反应，并参与异肽键的裂解以及聚cGASylation等复杂过程；这一过程与真核生物的泛素化级联反应相似，经过这些复杂的修饰步骤，最终形成了稳定的共价连接，从而使cGAS从无活性状态转变为有活性状态；使其产生cGAMP，激活下游信号通路引发细胞死亡，以此限制噬菌体在细菌内的复制与传播^[29]。

Ⅲ型CBASS编码的Cap7和Cap6辅助基因负责调控CD-NTase，在缺乏外部威胁时细菌中的Cap6的Trip13结构域会分解Cap7的HORMA结构域，并且Cap6与Cap7会形成复合物；使CD-NTase和Cap7保持在非活性状态，从而抑制CD-NTase的激活和第二信使合成；在噬菌体入侵时Cap7的HORMA结构域蛋白会与特定噬菌体蛋白结合，转变为“封闭”状态，并结合CD-NTase，由于HORMA结构域蛋白构象发生改变，因此Cap6将无法阻止Cap7的HORMA结构域蛋白与CD-NTase复合物的形成；随后激活的CD-NTase开始合成3′3′3′- cAAA，最终激活NucC，破坏入侵噬菌体基因组和细菌宿主基因组，导致细胞死亡和感染流产^[15,34]。

辅助蛋白CapP和CapH还可以在转录水平上参与CBASS的调控，如图2所示，CapH作为螺旋-转角-螺旋(HTH)转录抑制因子，通过N端HTH结构域识别CBASS启动子的保守位点，并通过C端寡聚化结构域形成四聚体，协同结合DNA形成抑制复合物，维持CBASS低水平表达；CapP是含半胱氨酸开关的锌金属肽酶，噬菌体感染后引发DNA损伤，产生单链DNA (single-stranded DNA, ssDNA)刺激CapP活化，切割CapH的R83位点，永久解除抑制并激活CBASS表达。CapP和CapH是首次揭示CBASS通过转录调控模块响应DNA损伤的机制，而非单纯依赖噬菌体直接激活，由于CapP/CapH对CBASS的调控是不可逆的，因此CapH/CapP是基于蛋白切割的“不可逆开关”；同样是辅助基因编码的CapW在针对CBASS的调控则是基于构象变化的“可逆开关”；在无外部威胁的情况下，CapW二聚体结合CBASS启动子的回文序列，直接阻碍RNA聚合酶结合，结合区域覆盖双向启动子，同时抑制自身(capW)和核心CBASS基因(如cdnC、效应蛋白)的表达，避免未感染时的毒性积累；噬菌体感染后，DNA损伤产生的ssDNA结合CapW的WYL域，触发构象变化，释放启动子，使CBASS表达上调10倍以上；然而CapW可通过ssDNA构象变化，动态调节CBASS的基础表达，适应轻度感染或复制压力；值得注意的是CapP/CapH和CapW都广泛存在于Ⅰ-Ⅲ型CBASS中；然而同样主要参与Ⅲ型CBASS的调控^[35,52]。

3 噬菌体对细菌CBASS的免疫逃逸

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3.1 噬菌体蛋白阻断信号分子的传递

在噬菌体与宿主的进化博弈中，噬菌体也逐渐进化出对抗CBASS的CBASS逃逸策略，例如噬菌体基因组编码的抗CBASS (anti-CBASS, Acb)蛋白^[53]。如图3所示，T4噬菌体编码的抗CBASS蛋白Acb1具有磷酸二酯酶活性，可选择性水解3′,3′-cGAMP、cUA及cAAA等I型CBASS信号分子，但对2′-5′磷酸二酯键的3′,2′-cGAMP无活性；通过对273种噬菌体的系统性分析发现，Acb1同源蛋白广泛存在于不同进化分支的噬菌体中，这表明该免疫逃逸策略在噬菌体与宿主相互作用中展现出高度的进化保守性；晶体结构研究显示，Acb1采用紧凑的2H磷酸酯酶折叠结构，6个中央β链形成U形配体结合口袋，仅能容纳环二或三核苷酸；在底物识别过程中，柔性羧基末端(残基145-152)会形成一个动态盖子结构，覆盖在3′3′-cGAMP配体上方，从而构建一个稳定的催化环境；Acb1蛋白通过4个保守的芳香族残基(Y12、W74、F107、W147)与3′3′-cGAMP的核碱基表面形成堆叠作用，同时E141残基特异性识别并结合3′3′-cGAMP的腺苷N6位置；这种相互作用促使腺苷碱基旋转65°，进而使2′位的羟基重新定位，以攻击相邻的3′,5′磷酸二酯键；通过活性位点的HxT/HxT (H44、T46、H113、T115)的酸碱催化完成水解反应，最终生成线性产物GpAp，终止了宿主防御中的信号传导，实现免疫逃逸^[53]。

除了通过特异性降解环状寡核苷酸信号分子外，噬菌体还能通过阻止信号分子与Cap效应蛋白的结合，从而实现对宿主免疫应答的有效调控；例如dsDNA噬菌体PaMx41编码的Acb2蛋白，这是一种紧凑的六筒体结构，其结构由一个短的N端螺旋和2个带有C端扭结的长反平行螺旋组成；Acb2蛋白通过高效结合 3个3′,3′环状鸟苷酸-腺苷酸(3′,3′-cyclic GMP-AMP, 3′3′-cGAMP)分子形成稳定的六聚体结构，并通过吸附并隔离这些分子有效地破坏了CBASS的免疫作用；2个原聚体由高度保守的N端和C端螺旋/环以头对头方式相互作用形成的口袋，因此每个Acb2六聚体可结合3个3′3′-cGAMP，该口袋通过氢键、原聚体和3′3′-cGAMP磷酸基团之间的盐桥以及疏水相互作用^[41,54]。

3.2 噬菌体衣壳蛋白的突变

研究人员发现，部分噬菌体通过主要衣壳基因的突变来逃避CBASS的免疫作用；在筛选对I型CBASS免疫具有抗性的噬菌体过程中，他们注意到部分噬菌体的主要衣壳蛋白基因发生了特定突变，如PaMx41噬菌体的orf11基因(该基因负责编码主要衣壳蛋白)发生了I121T、S330P等变异，这些变异使得噬菌体能够逃避CBASS的识别和攻击；JBD67和JBD18噬菌体的主要衣壳蛋白基因也会发生突变，且这些突变集中在蛋白-蛋白界面；这进一步证实了衣壳蛋白的突变通过改变其结构干扰了CBASS对噬菌体的识别机制，成为噬菌体逃避CBASS的关键途径之一；在针对I型CBASS的研究中发现噬菌体的前头部蛋白酶基因发生突变，如Bas11的E114K和Bas13的T361P突变；前头部蛋白酶在噬菌体的病毒组装流程中扮演着核心角色，它直接参与了衣壳的组装和成熟过程；这些突变均发生在蛋白酶的关键功能区域，其中E114K突变紧邻酶活性位点，而T361P突变则位于scaffold domain的末端；突变改变了前头部蛋白酶的功能和结构，进而干扰了病毒组装的正常进程；由于CBASS可能通过识别病毒组装过程中的特定结构来激活免疫反应，前头部蛋白酶的突变导致CBASS难以有效识别噬菌体，进而降低了免疫激活的概率，使得噬菌体能够成功实现免疫逃逸^[40-41]。

4 总结与展望

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细菌为抵御噬菌体入侵已进化出多种依赖环核苷酸信号分子的抗噬菌体系统，如Thoeris、Pycsar及III型CRISPR-Cas等。这些系统在效应杀伤机制上与CBASS存在显著相似性，但在系统组成和作用特点上各具差异。与CBASS不同，CRISPR-Cas和Thoeris仅含有单一效应蛋白：前者依赖核酸酶降解噬菌体DNA，后者通过NADase消耗细胞内NAD⁺引发代谢崩溃。这种单一效应机制可能导致噬菌体通过突变逃逸(如Ⅲ型CRISPR的抗CRISPR蛋白抑制环核苷酸生成)，存在感染复发风险。CBASS的独特优势在于其复杂的多组件协同机制：单个效应蛋白、第二信使(如cGAMP、cAAA)与辅助蛋白(如Cap2/Cap3、Cap6/Cap7)可组合成多种不同类型(I-IV型)，通过膜损伤、核酸降解、代谢耗竭等多样化途径执行细胞死亡程序。这种操纵子结构的多样性使噬菌体难以通过单一突变抑制所有CBASS通路。一旦被激活，CBASS通过快速诱导感染细胞自杀，从根本上阻断噬菌体复制和传播，相较于依赖单一效应蛋白的CRISPR或Thoeris系统具有更强的广谱防御能力。这种基于多组件的防御策略体现出细菌在与噬菌体的长期博弈中演化出的高效免疫适应机制。

CBASS在原有的模式生物中并不存在，甚至许多组分的结构域原先仅发现于真核细胞中，直到最近通过研究非模式生物的基因组才发现^[55-56]。细菌中的CBASS和动物的cGAS-STING途径均是宿主先天免疫系统抵御病毒侵袭的关键机制，两者在核心组成上显示出显著的保守性。例如，CBASS中的CD-Ntase (如CdnA)与真核生物中的cGAS在催化结构域上具有高度的同源性，它们均能通过识别异常的核酸来产生环状寡核苷酸(如cGAMP、cAAA)。此外，它们在效应蛋白的功能趋同性方面也有所体现，例如CBASS中的含有跨膜效应结构域的蛋白(如Cap14和Cap15)与真核生物中的Gasdermin家族可能通过类似的机制诱导细胞焦亡，即通过膜穿孔导致细胞死亡。在调控模块方面，CBASS的Cap6 (TRIP13同源物)与真核生物中的TRIP13都参与HORMA结构域的动态调控，这暗示两者在信号关闭机制上可能存在进化上的连续性。CBASS与cGAS-STING通路可能源自共同的原核祖先，那么细菌是否也存在类似真核生物的其他机制呢？截至目前，尽管已经鉴定出多种Cap效应蛋白，并揭示了它们的激活机制与杀伤作用，CBASS的整体免疫机制却仍存在多种问题。例如，在噬菌体感染细菌细胞的过程中CBASS如何参与外来抗原的识别？Ⅰ型CBASS如何特异性地识别噬菌体衣壳蛋白，并触发CBASS的免疫应答？鉴于过度激活CBASS可能导致宿主细胞死亡，随之而来的问题是，为何在自然菌株中仍然存在高毒性效应蛋白(如Cap17)？编码CBASS的细菌如何平衡免疫激活与细胞毒性？宿主如何避免被自身的DNA/RNA激活CBASS？四类CBASS是否可以同时发挥抗噬菌体活性，以及它们如何协同调节细菌抗噬菌体免疫？此外，仍需开展进一步研究以探究在噬菌体裂解宿主过程中Acb2蛋白的降解是否对噬菌体释放具有促进作用？这些问题同样迫切需要发现与解答。以上问题的解决可为CBASS抗噬菌体的作用机制提供关键见解，在医学、生物技术等多领域的潜在应用挖掘重要价值。

作者贡献声明

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刘泽林：撰写与编辑(起草文章的初稿、进行修改和完善，以及进行最终的文字润色和校对)，文献检索与分析(负责收集、筛选和分析相关文献资料)，图表制作(设计并制作文章中使用的图表、图像等视觉元素)；黄丽萍：数据整理与解读(对文献中的数据进行整理、统计和分析)；甄向凯：概念构思与设计(提出综述的主题、框架和研究问题)、文章审阅；张丹丹：项目管理与协调、文章审阅。

作者利益冲突公开声明

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作者声明不存在任何可能会影响本文所报告工作的已知经济利益或个人关系。

基金

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国家自然科学基金(82225028)
国家自然科学基金(82172287)
福建省中青年教师教育科研项目(JAT220048)

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文献

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2025年第65卷第11期

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doi: 10.13343/j.cnki.wsxb.20250257

接收时间：2025-03-31
首发时间：2025-11-10
出版时间：2025-11-04

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出版历史

收稿日期：2025-03-31
录用日期：2025-06-26

基金

National Natural Science Foundation of China(82225028)

国家自然科学基金(82225028)

National Natural Science Foundation of China(82172287)

国家自然科学基金(82172287)

Education and Scientific Research Project for Young and Middle-aged Teachers in Fujian Province(JAT220048)

福建省中青年教师教育科研项目(JAT220048)

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福建师范大学生命科学学院，福建福州

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2种不同金属材料的力学参数

科 Family	属数 Number of genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)	属 Genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)
鹅膏菌科Amanitaceae	2	11	5.26	鹅膏菌属 Amanita	10	4.78
小菇科 Mycenaceae	2	12	5.74	丝盖伞属 Inocybe	5	2.39
多孔菌科 Polyporaceae	8	14	6.70	蜡蘑属 Laccaria	5	2.39
红菇科 Russulaceae	3	23	11.00	小皮伞属 Marasmius	6	2.87
				小菇属 Mycena	11	5.26
				光柄菇属 Pluteus	5	2.39
				红菇属 Russula	17	8.13
				栓菌属 Trametes	5	2.39

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TxT

CBASS types	Composition	Protein name	Protein type	Signaling molecules	References
Type Ⅰ	CD-NTase+effector	CapV	The membrane-destructive effector protein CapV is activated and has phospholipase activity, leading to membrane damage	3′3′-cGAMP	[14]
		CapE	The membrane-destructive effector protein CapE, when activated, has phospholipase activity, leading to membrane disruption	cUA	[23]
		Cap15	After the membrane-perforating effector protein Cap15 is activated, oligomerization of the TM domain leads to membrane perforation	2′3′-cGAMP	[24]
		Cap14	After the membrane-perforating effector protein Cap14 is activated, oligomerization of the TM domain leads to membrane perforation	2′3′-cGAMP	[25]
		Cap16	After the membrane-perforating effector protein Cap16 is activated, the oligomerization of the TM domain leads to membrane perforation	2′3′-cGAMP	[24]
		Cap4	The endonuclease-type effector protein Cap4, when activated, leads to DNA degradation	2′3′3′-cAAA, 3′3′3′-cAAG	[15-16]
		Cap5	The endonuclease-type effector protein Cap4, when activated, leads to DNA degradation	3′2′-cGAMP, c-diAMP	[26]
Type Ⅱ	CD-NTase+effector+accessory proteins (Cap2/Cap3)	Cap2	After the ubiquitination-regulated accessory protein Cap2 is activated, it can achieve the complete activation of CD-NTase	-	[27-28]
		Cap3	The deubiquitination-regulated accessory protein Cap3 inhibits the full activation of CD-NTase after activation		[27]
Type Ⅱ (short)	CD-NTase+effector+accessory proteins (E2)	E2	The deubiquitination-regulated accessory protein Cap3 inhibits the full activation of CD-NTase after activation	-	[29]
Type Ⅲ	CD-NTase+effector+accessory proteins (Cap6/Cap7)	NucC	After the endonuclease-type effector protein NucC is activated, it leads to nucleic acid degradation	3′3′3′-cAAA	[15,30]
		Cap17	The activation of the metabolic exhaustion-type effector protein Cap17 leads to the degradation of ATP	-	[18]
		TIR-SAVED	The activation of the metabolic exhaustion-type effector protein TIR-SAVED leads to the degradation of NAD+	3′3′3′-cAAA	[31-32]
		Cap6	The regulatory accessory protein Cap6 inhibits the activities of Cap7 and CD-NTase	-	[33-34]
		Cap7	The regulatory accessory protein Cap7, when activated by the phage protein, leads to the complete activation of CD-NTase	-	[33-34]
		CapH	The transcriptional regulatory co-protein CapH inhibits the expression of CBASS	-	[34]
		CapP	After the transcription regulatory accessory protein CapP is activated, it cleaves CapH and promotes the expression of CBASS	ssDNA	[34]
		CapW	The activation of the transcriptional regulatory accessory protein CapW promotes the expression of CBASS	ssDNA	[35]
Type Ⅳ	CD-NTase+effector+accessory proteins (Cap9/Cap10/Cap11)	Cap9-11	Nucleotide-modified accessory protein	-	[22]

CBASS types

Composition

Protein name

Protein type

Signaling molecules

References

Type Ⅰ

CD-NTase+effector

CapV

The membrane-destructive effector protein CapV is activated and has phospholipase activity, leading to membrane damage

3′3′-cGAMP

[14]

CapE

The membrane-destructive effector protein CapE, when activated, has phospholipase activity, leading to membrane disruption

cUA

[23]

Cap15

After the membrane-perforating effector protein Cap15 is activated, oligomerization of the TM domain leads to membrane perforation

2′3′-cGAMP

[24]

Cap14

After the membrane-perforating effector protein Cap14 is activated, oligomerization of the TM domain leads to membrane perforation

2′3′-cGAMP

[25]

Cap16

After the membrane-perforating effector protein Cap16 is activated, the oligomerization of the TM domain leads to membrane perforation

2′3′-cGAMP

[24]

Cap4

The endonuclease-type effector protein Cap4, when activated, leads to DNA degradation

2′3′3′-cAAA, 3′3′3′-cAAG

[15-16]

Cap5

The endonuclease-type effector protein Cap4, when activated, leads to DNA degradation

3′2′-cGAMP,

c-diAMP

[26]

Type Ⅱ

CD-NTase+effector+accessory proteins

(Cap2/Cap3)

Cap2

After the ubiquitination-regulated accessory protein Cap2 is activated, it can achieve the complete activation of CD-NTase

[27-28]

Cap3

The deubiquitination-regulated accessory protein Cap3 inhibits the full activation of CD-NTase after activation

[27]

Type Ⅱ (short)

CD-NTase+effector+accessory proteins (E2)

The deubiquitination-regulated accessory protein Cap3 inhibits the full activation of CD-NTase after activation

[29]

Type Ⅲ

CD-NTase+effector+accessory proteins

(Cap6/Cap7)

NucC

After the endonuclease-type effector protein NucC is activated, it leads to nucleic acid degradation

3′3′3′-cAAA

[15,30]

Cap17

The activation of the metabolic exhaustion-type effector protein Cap17 leads to the degradation of ATP

[18]

TIR-SAVED

The activation of the metabolic exhaustion-type effector protein TIR-SAVED leads to the degradation of NAD+

3′3′3′-cAAA

[31-32]

Cap6

The regulatory accessory protein Cap6 inhibits the activities of Cap7 and CD-NTase

[33-34]

Cap7

The regulatory accessory protein Cap7, when activated by the phage protein, leads to the complete activation of CD-NTase

[33-34]

CapH

The transcriptional regulatory co-protein CapH inhibits the expression of CBASS

[34]

CapP

After the transcription regulatory accessory protein CapP is activated, it cleaves CapH and promotes the expression of CBASS

ssDNA

[34]

CapW

The activation of the transcriptional regulatory accessory protein CapW promotes the expression of CBASS

ssDNA

[35]

Type Ⅳ

CD-NTase+effector+accessory proteins

(Cap9/Cap10/Cap11)

Cap9-11

Nucleotide-modified accessory protein

[22]