阻断赖氨酸的肉豆蔻酰化作用及有氧糖酵解作为针对猴痘病毒复制的靶向策略

《Advanced Science》：Blocking Lysine Crotonylation and Aerobic Glycolysis as Targeting Strategy Against mpox Virus Replication

MPXV通过克龙酮化修饰病毒I3蛋白稳定WDR26抑制泛素化降解，促进有氧糖酵解和病毒复制，抑制MYST1或糖酵解可抑制病毒。

　　mpox病毒（MPXV）在2022年和2024年的全球爆发，凸显了深入理解其在病原体感染过程中调控病毒复制机制的迫切需求。病毒在感染宿主细胞时，通常会通过改变宿主的代谢过程来获取自身复制所需的资源。尽管代谢重编程是病毒感染的普遍特征，但MPXV如何具体调控宿主细胞代谢仍不清楚。最新研究揭示，MPXV通过其编码的I3蛋白的赖氨酸琥珀酰化（Kcr）机制，劫持了细胞的有氧糖酵解过程，这一发现为开发针对mpox的新型治疗策略提供了重要线索。

有氧糖酵解，通常被称为瓦尔堡效应，最初是在癌细胞中被发现的代谢现象。这种代谢方式使得细胞在缺氧条件下仍然能够通过糖酵解途径高效产生能量，而不是依赖线粒体的氧化磷酸化。近年来，越来越多的研究表明，多种病毒利用有氧糖酵解来满足其复制过程中的能量需求。例如，SARS-CoV-2感染会诱导线粒体活性氧（ROS）的产生，从而稳定缺氧诱导因子-1α（HIF-1α），进而促进糖酵解基因的表达，最终支持病毒的复制。类似地，乙型肝炎病毒（HBV）通过其表面抗原与丙酮酸激酶M2（PKM2）的相互作用，促进糖酵解以支持病毒蛋白的合成。尽管这些发现揭示了其他病毒如何利用有氧糖酵解，但MPXV在这一过程中的作用机制仍不清楚。

在这一研究中，科学家发现MPXV感染能够显著促进宿主细胞的有氧糖酵解，而这一过程主要由病毒编码的I3蛋白介导。I3蛋白在病毒复制过程中发挥关键作用，其在感染后表现出显著的赖氨酸琥珀酰化修饰，尤其是在K102位点。通过进一步的实验分析，研究团队发现I3蛋白的琥珀酰化与其调控有氧糖酵解的能力密切相关。具体而言，I3蛋白通过与WD重复蛋白26（WDR26）相互作用，抑制了WDR26的泛素化依赖性降解，从而增强了有氧糖酵解并促进病毒的复制。

为了进一步验证这一机制，研究团队使用了MYST1这一组蛋白乙酰转移酶。MYST1在MPXV感染期间显著上调，并能够与I3蛋白结合，催化其琥珀酰化。这种修饰不仅增强了I3与WDR26的相互作用，还进一步稳定了WDR26，从而维持有氧糖酵解的活性。实验结果显示，当MYST1被药理学抑制或敲除时，I3的琥珀酰化水平下降，有氧糖酵解和病毒复制均受到抑制。这一发现表明，MYST1是MPXV调控I3琥珀酰化的关键酶，其活性对于病毒的复制至关重要。

此外，研究团队还测试了多种糖酵解抑制剂，如2-脱氧-D-葡萄糖（2-DG）和二氯乙酸（DCA），以评估它们对MPXV复制的影响。结果表明，这些抑制剂能够有效降低病毒的复制能力，从而为开发新的抗病毒药物提供了潜在靶点。2-DG通过阻断葡萄糖的代谢过程，抑制了病毒的复制；而DCA则通过抑制丙酮酸脱氢酶激酶（PDK），从而减少了糖酵解的活性。这些实验进一步验证了有氧糖酵解在MPXV复制中的核心作用，并表明针对这一代谢途径的干预可能成为治疗mpox的有效手段。

在探讨这一机制的生物学意义时，研究团队还关注了WDR26蛋白的功能。WDR26是一种多效的细胞适配蛋白，参与多种细胞过程，包括抑制MAPK信号通路、促进核凝聚、调节蛋白质稳定性以及促进线粒体自噬。通过与I3蛋白的相互作用，WDR26被保护免受泛素化依赖的降解，从而维持其在细胞内的稳定性，并进一步促进有氧糖酵解。这表明WDR26在病毒复制中的作用可能是通过其对代谢相关信号通路的调控实现的。然而，WDR26具体如何调控有氧糖酵解及其对病毒复制的影响机制，仍需要进一步的实验验证。

在细胞生物学实验中，研究团队利用HeLa细胞作为模型，通过免疫荧光染色、免疫共沉淀和质谱分析等技术，深入探讨了I3蛋白的修饰状态及其与WDR26的相互作用。实验结果表明，I3蛋白的琥珀酰化对其促进有氧糖酵解的能力具有决定性作用。此外，通过CRISPR-Cas9技术敲除MYST1或WDR26，能够显著降低病毒的复制效率，进一步支持了该机制的可靠性。这些实验不仅揭示了病毒如何利用宿主细胞的代谢过程，还为开发针对MPXV的新型治疗策略提供了理论依据。

在研究的实验方法部分，研究团队详细描述了细胞培养、病毒感染、质粒构建、病毒包装与感染、免疫共沉淀、Western blot、RT-qPCR、糖酵解与乳酸生成检测、ATP测定、CRISPR-Cas9系统以及免疫荧光分析等技术。这些方法的综合应用，使得研究团队能够从多个角度验证MPXV感染对宿主细胞代谢的影响。例如，通过质谱分析，研究团队确定了I3蛋白的琥珀酰化修饰位点，并通过基因敲除和药物抑制实验，进一步验证了该修饰在病毒复制中的关键作用。

此外，研究团队还分析了不同修饰类型对I3蛋白功能的影响。通过生成特定的赖氨酸到精氨酸（K→R）突变体，研究团队发现K102位点的琥珀酰化对于I3蛋白促进有氧糖酵解的能力至关重要。而K100位点的修饰则对I3的功能影响较小。这一发现表明，I3蛋白的修饰具有高度的特异性，不同修饰位点可能在调控病毒复制过程中发挥不同的作用。

该研究的发现不仅揭示了MPXV如何利用宿主细胞的代谢重编程促进自身复制，还为未来的抗病毒治疗提供了新的思路。通过靶向MYST1或直接抑制有氧糖酵解，可以有效降低MPXV的复制能力，从而为控制mpox疫情提供潜在的治疗策略。此外，研究团队还提出了一个假设：在MPXV感染过程中，诱导的有氧糖酵解不仅为病毒复制提供了能量支持，还可能通过乳酸的产生来逃避宿主的先天免疫反应。这一假设为进一步研究病毒与宿主免疫系统的相互作用提供了新的方向。

总的来说，这项研究为理解MPXV的复制机制提供了重要的科学依据，并揭示了病毒如何通过调控宿主细胞的代谢过程来实现其增殖。这一发现不仅有助于揭示病毒与宿主之间的复杂相互作用，还为开发针对MPXV的靶向治疗策略提供了新的靶点。随着对病毒与宿主代谢相互作用的进一步研究，未来有望找到更有效的抗病毒药物，从而更好地应对mpox这一全球性公共卫生问题。