非洲猪瘟病毒会劫持宿主的嘧啶代谢过程，以促进病毒复制

《Journal of Virology》：African swine fever virus hijacks host pyrimidine metabolism to promote viral replication

非洲猪瘟病毒（ASFV）通过劫持宿主代谢网络，依赖嘧啶合成与氧化还原平衡调控，利用SLC1A5转运体增强谷氨酰胺摄入，并激活细胞质GOT1介导的天冬氨酸合成，实现病毒基因组复制与能量供应。研究揭示了PPP生成R5P和NADPH的双重作用，以及谷氨酰胺碳骨架通过α-KG进入三羧酸循环维持宿主代谢平衡的策略。这些发现为抗病毒药物设计提供了关键靶点，包括DHODH抑制剂和GOT1调节剂。

　　非洲猪瘟（African swine fever, ASF）是一种对全球养猪业造成严重经济损失的高传染性疾病，由非洲猪瘟病毒（African swine fever virus, ASFV）引起。ASFV是一种依赖宿主细胞代谢网络进行复制的大型双链DNA病毒。近年来，随着对病毒与宿主代谢相互作用的研究不断深入，人们发现许多病毒通过“代谢劫持”策略，重新编程宿主细胞的代谢网络，以满足自身复制所需的资源。这一研究揭示了ASFV如何通过调控宿主细胞的核苷酸代谢，支持其生命周期，并为开发抗病毒疗法提供了新的思路。

在本研究中，科学家通过无靶向代谢组学分析，对感染ASFV的猪肺泡巨噬细胞（porcine alveolar macrophages, PAMs）进行了深入研究。研究发现，ASFV感染显著改变了细胞的嘌呤和嘧啶代谢、糖酵解、戊糖磷酸途径（pentose phosphate pathway, PPP）以及谷氨酰胺和天冬氨酸的代谢通路。这些代谢通路的重编程表明，ASFV通过利用宿主细胞的代谢资源，为其复制提供了必要的物质基础。具体而言，病毒不仅依赖于宿主细胞的核苷酸合成，还通过调控氧化PPP（oxPPP）以维持细胞的还原性平衡，从而对抗氧化应激，支持病毒的DNA合成。

进一步的功能验证表明，ASFV的复制过程主要依赖于从头合成的嘧啶核苷酸。这与病毒对嘌呤合成的独立性形成对比，说明ASFV在复制过程中对嘧啶合成有更高的依赖性。研究还发现，ASFV通过双重策略来维持核苷酸前体的供应：一方面，它激活PPP以生成核糖-5-磷酸（R5P）和NADPH，前者是核苷酸合成的关键前体，后者则有助于维持细胞的还原性平衡；另一方面，它增强谷氨酰胺的摄取和分解代谢，为核苷酸合成提供氮和碳源，并为三羧酸循环（tricarboxylic acid cycle, TCA cycle）的补充提供支持。此外，尽管天冬氨酸是嘧啶合成的重要底物，但ASFV能够绕过对细胞外天冬氨酸的依赖，通过激活细胞质中的GOT1介导的合成途径，实现内源性天冬氨酸的生成。

这些发现不仅揭示了ASFV如何通过重新编程宿主代谢网络来支持其复制，还为理解病毒与宿主之间的代谢相互作用提供了新的视角。同时，研究还指出，通过干扰这些代谢通路中的关键节点，可能为抗病毒治疗提供新的靶点。例如，抑制PPP中的关键酶——葡萄糖-6-磷酸脱氢酶（G6PD）——可以显著降低ASFV的复制效率，而抑制嘧啶合成中的关键酶——二氢乳清酸脱氢酶（DHODH）——则对病毒的复制产生更强的抑制作用。这些结果表明，针对宿主代谢通路的干预可能成为对抗ASFV的有效策略。

此外，研究还探讨了ASFV如何通过调控谷氨酰胺代谢来支持其复制。谷氨酰胺不仅是细胞的重要能量来源，还作为碳和氮的来源，直接参与核苷酸的合成。实验显示，ASFV感染会显著增加谷氨酰胺的摄取，并通过激活特定的转运蛋白（如SLC1A5）促进其进入细胞。一旦进入细胞，谷氨酰胺的γ-氮被用于嘧啶环的构建，而其碳骨架则通过谷氨酰胺分解代谢转化为α-酮戊二酸（α-KG），进一步参与TCA循环的补充，以满足病毒复制所需的能量和生物合成需求。值得注意的是，尽管在感染初期细胞内的谷氨酰胺水平会因代谢需求而降低，但在感染后期却出现反弹，这可能反映了宿主细胞对病毒代谢的适应性反应，或是病毒为了维持持续复制而调整代谢策略。

天冬氨酸的合成同样对ASFV的复制至关重要。研究发现，ASFV能够通过激活细胞质中的GOT1途径，实现内源性天冬氨酸的生成，从而绕过对细胞外天冬氨酸的依赖。这一发现表明，病毒可能通过调控特定的代谢通路，以确保其生命周期所需的代谢资源。同时，实验还显示，抑制线粒体中的GOT2可能会增强病毒的复制效率，这与线粒体中的代谢调控有关。线粒体不仅是能量生成的中心，也是多种代谢通路的交汇点。研究表明，线粒体中的电子传递链（electron transport chain, ETC）可能在调控天冬氨酸合成中起重要作用，尤其是在氧化应激条件下，线粒体功能受损可能导致天冬氨酸合成途径的补偿性增强。

进一步的实验还揭示了GOT1和GOT2在ASFV感染期间的动态变化。GOT1的表达在感染早期显著上升，而在感染后期则逐渐下降，这表明病毒可能优先利用细胞质中的GOT1途径来满足其代谢需求。相反，GOT2的表达则呈现出相反的趋势，这可能意味着线粒体中的天冬氨酸合成在感染过程中受到抑制，从而促使细胞质中的GOT1途径发挥更大的作用。这种动态的代谢调控可能反映了ASFV对宿主代谢网络的精细操控，以确保其复制所需的物质供应。

综上所述，这项研究揭示了ASFV如何通过多条代谢途径重新编程宿主细胞的代谢网络，以支持其复制过程。通过激活PPP、增强谷氨酰胺的摄取和分解代谢、以及调控天冬氨酸的合成，ASFV能够确保其复制所需的核苷酸前体和还原性环境。这些发现不仅加深了对ASFV致病机制的理解，还为开发针对病毒代谢的抗病毒疗法提供了新的方向。此外，研究还表明，病毒与宿主之间的代谢互动可能是病毒生存和复制的关键因素，而这种互动的深入解析将有助于发现新的治疗靶点，为控制ASFV的传播和减轻其对养猪业的威胁提供科学依据。