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为探究原型泡沫病毒（PFV）潜伏感染机制及是否引发线粒体自噬（mitophagy），研究人员开展相关研究。结果发现 PFV 感染可诱导 mitophagy，其 Gag 蛋白通过上调 Rab5a 诱导 Parkin 依赖的 mitophagy，这为理解病毒感染机制及病毒 - 宿主细胞相互作用提供新视角。
在病毒的神秘世界里，有一种古老的病毒 —— 泡沫病毒，它属于逆转录病毒科泡沫逆转录病毒亚科，是单链正义 RNA 病毒。人类泡沫病毒最早在 20 世纪 70 年代从鼻咽癌患者体内分离出来，因其与在黑猩猩中发现的猿猴泡沫病毒高度同源，被称为原型泡沫病毒（PFV）。PFV 感染宿主后，能建立终身潜伏感染，但这背后的机制一直是个谜。细胞死亡作为机体抵御感染和疾病的重要防线，其调节途径包括凋亡、坏死性凋亡和自噬等。其中，线粒体自噬（mitophagy）作为自噬的一种特殊形式，专门负责清除受损线粒体，对维持线粒体稳态至关重要。在多种病毒感染中，mitophagy 都扮演着重要角色，然而 PFV 与 mitophagy 之间的关系却鲜为人知。此前研究虽表明 PFV 能诱导自噬，其 Gag 蛋白可促进内体相关自噬，但 PFV 是否诱导 mitophagy 以及 Gag 蛋白在此过程中的作用并不明确，PFV 长期潜伏感染与 mitophagy 的关联也有待探索。为了解开这些谜团，武汉大学等机构的研究人员踏上了探索之旅，他们的研究成果发表在《Retrovirology》杂志上，为我们揭示了 PFV 感染的新机制。
研究人员在探索 PFV 感染与 mitophagy 关系的过程中，运用了多种关键技术方法。在细胞实验方面，培养了 HEK293T 和 HT1080 等细胞系，用于后续实验。通过转染技术将 PFV 的前病毒质粒 pHSRV13 导入细胞，获取病毒上清液用于感染细胞。利用实时荧光定量 PCR（qPCR）技术检测相关基因的 mRNA 表达水平，以此分析基因的表达变化情况。借助蛋白质免疫印迹（Western blotting）技术，检测细胞中各类蛋白质的表达水平，从蛋白质层面探究细胞内的变化。运用共聚焦显微镜（Confocal microscopy）观察细胞内蛋白的共定位情况，直观呈现细胞内的微观变化。
PFV 感染诱导 mitophagy
研究人员首先以 PFV 感染其易感细胞系 HT1080，48 小时后，惊喜地发现 PFV 感染促进了 LC3 脂质化，同时 p62 发生降解，这两个关键指标表明 PFV 感染确实促进了自噬。由于线粒体活性氧（mtROS）参与免疫反应和自噬相关信号通路的调节，而线粒体损伤会导致 mtROS 增加，研究人员进一步检测了感染后 HT1080 细胞的 mtROS 水平，发现感染 24 小时和 48 小时后，mtROS 显著增加。考虑到受损线粒体可能促进 p62 介导的自噬清除（即 mitophagy），研究人员接着探究 PFV 是否诱导 mitophagy。他们在不同时间点感染 HT1080 细胞，收集细胞后提取线粒体，通过蛋白质免疫印迹检测细胞质和线粒体中 p62 和 LC3 蛋白水平的变化。结果显示，感染 24 小时后，PFV 感染细胞中 p62 和 LC3 的线粒体与细胞质比率显著增加；48 小时后，这一比率进一步上升。这些数据有力地表明，PFV 感染能够诱导 mitophagy。
PFV Gag 诱导线粒体损伤
逆转录病毒的 Gag 蛋白在调节细胞膜系统方面发挥着关键作用。研究人员此前发现 PFV Gag 与 Alix 相互作用可促进内体相关自噬，因此推测 Gag 在 mitophagy 中可能也有类似作用。他们在 293T 细胞中过表达 PFV Gag，发现细胞内 mtROS 显著增加，线粒体膜电位明显下降，同时 PFV Gag 还能促进线粒体 DNA（mtDNA）释放到细胞质中，且呈剂量依赖性。这些结果表明，PFV Gag 会对线粒体造成损伤。
PFV Gag 诱导 mitophagy
既然 PFV Gag 会损伤线粒体，那么它是否会引发 mitophagy 呢？研究人员进行了深入探究。在 293T 细胞中分别转染不同剂量的 pCDNA6.0 - His - Gag 质粒，结果发现随着 Gag 质粒剂量的增加，LC3 脂质化水平上升，p62 水平下降，且线粒体与细胞质中 p62 和 LC3 的比率也呈剂量依赖性增加，这表明 PFV Gag 促进了 LC3 和 p62 从细胞质向线粒体的转运。研究人员利用共聚焦显微镜检测自噬标记物 LC3 与线粒体外膜蛋白 Tom20 的共定位情况，结果显示，过表达 PFV Gag 的细胞中，LC3 和 Tom20 的共定位增加，同时 Tom20 的荧光强度下降。此外，在敲低 Atg5（自噬体延伸所必需的蛋白）的情况下，检测 PFV Gag 过表达细胞中线粒体蛋白 Cox4 和 Tom20 的水平，发现敲低 Atg5 后，Cox4 和 Tom20 的减少得到一定程度的逆转。这些结果充分证明，PFV Gag 能够诱导 mitophagy。
PFV Gag 以 Parkin 依赖的方式诱导 mitophagy
为了深入探究 PFV Gag 诱导 mitophagy 的机制，研究人员对相关蛋白进行检测，发现过表达 PFV Gag 的细胞中，Parkin 和 PINK1 的表达显著增加。敲低 Parkin 后，检测 PFV Gag 过表达细胞中线粒体蛋白 Cox4 和 Tom20 的水平，发现 Cox4 和 Tom20 的减少得到逆转，同时 LC3 和 Tom20 的共定位也减少。这些结果表明，PFV Gag 诱导的 mitophagy 依赖于 Parkin。
PFV Gag 通过上调 Rab5a 促进 Parkin 依赖的 mitophagy
许多 Rab 蛋白参与自噬体的形成，其中 Rab5a 参与多种抗病毒免疫反应，对早期内体的形成至关重要。研究人员发现，过表达 PFV Gag 的细胞中，Rab5a 的 mRNA 和蛋白水平均显著增加。进一步研究发现，过表达 PFV Gag 或 Rab5a 会导致 p62 降解、LC3 脂质化增加和 Tom20 水平降低，而敲低 Rab5a 则会逆转这些变化。细胞分离分析表明，过表达 PFV Gag 或 Rab5a 会使线粒体中 p62 和 LC3 的积累增加，敲低 Rab5a 则会消除这种增加。这些结果表明，PFV Gag 通过上调 Rab5a 促进 mitophagy。
研究结果表明，PFV 感染宿主细胞后会造成线粒体损伤并诱导 mitophagy，PFV Gag 蛋白是诱导 mitophagy 的关键分子，它通过上调 Rab5a 诱导 Parkin 依赖的 mitophagy。此外，研究还发现 PFV Gag 可能抑制宿主细胞的 I 型干扰素反应，这可能与 mitophagy 有关。这项研究揭示了 PFV 感染与宿主细胞线粒体质量控制机制之间的新联系，为开发针对泡沫病毒感染的新治疗策略和干预措施提供了理论依据，也为研究其他逆转录病毒的抗病毒策略以及更广泛地应对病毒疾病提供了有价值的见解，具有重要的科学和临床意义。在未来，随着研究的不断深入，有望基于这些发现开发出更有效的抗病毒药物和治疗方法，为人类健康带来新的希望。
