线粒体功能障碍通过上调新生唾液酸生物合成增强流感病毒致病性的机制研究

为解决线粒体功能障碍如何加剧流感病毒(IAV)感染的问题，研究人员开展主题为"线粒体-代谢-病毒互作"的研究。通过构建Ndufs4基因敲除(KO)小鼠和肺上皮细胞模型，发现氧化磷酸化(OXPHOS)缺陷会重编程糖代谢，促进唾液酸(SIA)生物合成，从而增强病毒附着。研究揭示AMPK信号调控不足是关键机制，并证明二氯乙酸(DCA)可逆转这一病理过程。该研究为理解代谢疾病患者的病毒易感性提供了新视角，发表于《SCIENCE ADVANCES》。

　　

流感病毒(IAV)每年造成全球数百万人感染，而患有慢性呼吸系统疾病或线粒体疾病的患者往往面临更严重的感染风险。传统观点认为这种易感性主要源于免疫功能缺陷，但越来越多的证据表明，宿主细胞的代谢状态可能直接影响病毒复制。特别是在呼吸道上皮细胞中，线粒体作为能量代谢中枢，其功能异常是否以及如何改变病毒感染的分子机制，一直是领域内亟待解答的科学问题。

美国国立卫生研究院的研究团队在《SCIENCE ADVANCES》发表重要研究成果，首次揭示线粒体功能障碍通过代谢重编程增强流感病毒致病性的完整机制链。研究采用Ndufs4基因敲除小鼠（线粒体复合体I缺陷模型）和CRISPR编辑的肺上皮细胞(LET1)构建实验体系，结合多组学分析和代谢干预策略，证明氧化磷酸化(OXPHOS)缺陷会激活糖酵解，进而通过AMPK调控失常促进唾液酸(SIA)生物合成，最终增强病毒附着和复制。

关键技术方法包括：1) 构建条件性Ndufs4敲除小鼠模型和CRISPR-Cas9基因编辑细胞系；2) 采用海马能量代谢分析系统检测细胞糖酵解和OXPHOS活性；3) 稳定同位素示踪技术追踪葡萄糖代谢流向；4) 免疫荧光和凝集素染色定量唾液酸表达；5) 高通量RNA测序分析宿主-病毒互作转录组。

研究结果部分：

Ndufs4 KO小鼠证明IAV感染后发病率增加
通过全身吸入暴露系统感染小鼠，发现Ndufs4 KO小鼠表现出更显著的体重下降和临床评分恶化。实时PCR显示KO小鼠肺组织中病毒NS1基因表达量更高，病毒滴度测定证实病毒载量增加。值得注意的是，虽然病毒负荷升高，但组织病理学损伤指标与野生型(WT)相当，提示线粒体缺陷主要影响早期感染阶段。

全身性炎症与T细胞和巨噬细胞Ndufs4缺失无关
细胞因子检测显示KO小鼠出现全身性高细胞因子血症，但CD4-cre和LysM-cre条件性敲除小鼠未重现这一表型，表明炎症反应主要由上皮细胞内在缺陷导致，而非免疫细胞功能障碍。

Ndufs4 KO肺上皮细胞显示生物能学受损和病毒载量增加
复合体I活性测定证实KO肺组织存在OXPHOS缺陷。流式细胞术分析显示支气管上皮细胞的OXPHOS依赖性显著降低。建立的CRISPR编辑LET1细胞模型表现出基础呼吸、最大呼吸和备用呼吸容量下降，验证了体外模型的可靠性。RNA-seq分析发现KO样本中病毒基因片段reads显著富集。

线粒体功能障碍中的代谢重编程增强糖酵解
代谢组学分析显示KO LET1细胞中糖酵解/糖异生、磷酸戊糖途径等代谢通路显著富集。免疫荧光显示葡萄糖转运蛋白GLUT1表达增加。¹³C-葡萄糖标记实验证实糖代谢流向改变，细胞外通量分析显示糖酵解能力、糖酵解储备均增强。

Ndufs4缺失通过AMPK调控不足释放SIA生物合成
凝集素染色显示KO肺组织和细胞中α2,3-和α2,6-唾液酸表达增加。使用GFAT抑制剂氮丝氨酸处理可降低SIA水平，证实其依赖新生合成途径。AMPK激活剂AICAR能部分逆转SIA升高，而抑制剂CC则加剧这一现象，表明AMPK调控不足是关键机制。

感染放大唾液酸化并增强Ndufs4 KO模型中的IAV附着
感染后KO组织中SNA(识别α2,6-SIA)和PNA(识别去唾液酸化糖链)染色进一步增强，提示病毒自身神经氨酸酶(NA)活性加剧了受体暴露。20分钟短期感染实验显示KO细胞中病毒HA蛋白附着更多，使用唾液酸转移酶抑制剂(SIATI)处理可逆转这一现象。

二氯乙酸代谢靶向治疗降低Ndufs4 KO小鼠病毒载量和炎症
DCA通过促进丙酮酸脱氢酶活性，将糖代谢流向从糖酵解转向三羧酸(TCA)循环。处理后的KO小鼠表现出SIA表达降低、病毒NS1基因表达减少和细胞因子风暴缓解，同时体重和临床评分改善，而WT小鼠则出现不良反应，显示代谢干预的基因型特异性。

研究结论与意义：
该研究建立了"线粒体功能障碍-代谢重编程-病毒受体上调-感染加剧"的完整机制链，突破性地揭示了呼吸道上皮细胞的固有代谢状态对病毒易感性的决定性影响。发现AMPK调控失常导致的唾液酸生物合成失控是核心环节，这为理解线粒体疾病患者感染并发症提供了新视角。临床转化方面，研究证实代谢干预药物二氯乙酸(DCA)在特定遗传背景下具有抗病毒潜力，但同时也警示代谢调节剂的治疗窗口需精确把控。从更广泛的医学意义看，这一发现可能适用于其他以唾液酸为受体的呼吸道病毒，为代谢性疾病患者的抗感染策略提供了新思路。