SARS-CoV-2核衣壳蛋白通过诱导S期阻滞调控宿主细胞周期及增殖的机制研究

为阐明SARS-CoV-2核衣壳蛋白(N蛋白)调控宿主细胞周期的分子机制，研究人员通过多细胞模型、流式细胞术及结构域缺失实验，首次揭示N蛋白通过促进S期进入并阻滞其退出实现细胞周期阻滞，且该功能依赖N-arm、SR-rich、CTD和C-tail结构域。该研究为理解病毒劫持宿主细胞机制提供了新视角，并为靶向N蛋白的抗病毒药物设计奠定理论基础。

　　

新型冠状病毒SARS-CoV-2的暴发引发了全球公共卫生危机，其核衣壳蛋白(N蛋白)作为病毒颗粒中最丰富的结构组分，在病毒生命周期中扮演多重角色。尽管已有研究报道不同冠状病毒可诱导G₀/G₁或G₂/M期阻滞，但SARS-CoV-2 N蛋白对宿主细胞周期的调控机制仍存在争议。更关键的是，N蛋白是否通过细胞周期干预影响宿主细胞命运，以及哪些结构域参与这一过程，成为亟待解决的科学问题。这项发表于《International Journal of Medical Microbiology》的研究，系统揭示了N蛋白通过独特机制调控S期进程的新发现。

研究采用HEK293T、HepG2、A549和HeLa等多细胞模型，结合流式细胞术、免疫荧光染色、免疫共沉淀和结构域缺失等关键技术。通过构建系列N蛋白截短体，研究人员在严格控制的转染条件下，系统分析了细胞周期分布、关键调控蛋白表达及细胞增殖表型。

3.1 N诱导细胞周期阻滞

在HeLa细胞中，N蛋白表达12小时后即出现S期细胞累积，24小时达到峰值。这种效应在HepG2细胞中呈现剂量依赖性，在A549细胞和SARS-CoV N蛋白中同样得到验证，表明S期阻滞是冠状病毒N蛋白的保守功能。

3.2 N促进S期进入并抑制其退出

通过血清饥饿同步化实验发现，N蛋白能克服血清剥夺诱导的G₀/G₁期阻滞，促进细胞进入S期。而诺考达唑处理实验显示，N蛋白可抵抗G₂/M期阻滞，证实其通过双向调控"推入-阻滞"S期进程。

3.3 N上调S期相关蛋白表达

Western blot显示N蛋白特异性上调cyclinE和DNA损伤标记γ-H2AX，但不直接结合CDK/cyclin复合物。免疫荧光证实γ-H2AX焦点在N蛋白表达细胞中显著增加，而肠道病毒EV71 VP1蛋白无此效应，说明该调控具有病毒特异性。

3.4-3.5 N抑制细胞增殖但不诱导死亡

与诱导凋亡的EV71 3C蛋白酶不同，N蛋白虽显著抑制细胞集落形成，但未引起细胞死亡。延时观察显示，表达GFP-N的细胞5天后仍无法形成集落，表明其通过非细胞毒性机制抑制增殖。

3.6 关键功能结构域鉴定

结构域缺失实验揭示，N-arm、SR-rich、CTD和C-tail的缺失均废除N蛋白的生长抑制功能，而NTD缺失则无影响。值得注意的是，△NTD仍能诱导S期阻滞，但△SR突变体完全丧失该能力，提示SR-rich区是介导细胞周期调控的核心区域。

这项研究首次阐明SARS-CoV-2 N蛋白通过"促进进入-阻滞退出"的双重机制诱导S期阻滞，且该功能与其抑制细胞生长的表型直接相关。不同于既往报道的G₁或G₂/M期阻滞，S期特异性停滞可能是冠状病毒实现持续感染的独特策略。结构域分析表明，N蛋白的细胞周期调控功能与其病毒组装功能存在区域分离——NTD虽参与RNA结合但对周期调控非必需，而SR-rich等区域则可能通过未知宿主因子发挥作用。这些发现不仅为理解病毒劫持宿主细胞的分子机制提供了新视角，更提示靶向N蛋白特定结构域的药物设计可能在不影响病毒组装的前提下，干扰其细胞周期调控功能，为开发新型抗冠状病毒疗法提供理论依据。