《MedComm》：Mitochondria in Viral Infections: Molecular Mechanisms and Therapeutic Targets
线粒体是细胞代谢与固有免疫的关键调控细胞器，多种病毒在感染过程中操纵该细胞器。病毒蛋白与呼吸链复合物相互作用以调控氧化磷酸化（OXPHOS）并重编程宿主生物能量学，从而影响病毒复制或宿主抗病毒反应。OXPHOS既可被病毒因子直接改变，也可通过病毒诱导的宿主代谢与信号传导变化而被间接调控。除OXPHOS外，病毒感染还扰动线粒体代谢、动力学、钙稳态、膜电位、氧化还原调控及细胞凋亡，从而将线粒体改变与病毒复制及病毒相关细胞反应联系起来。本综述聚焦于病毒如何调控线粒体功能，重点强调OXPHOS，同时探讨病毒感染中的其他线粒体过程。研究人员进一步区分与病毒感染结局存在功能性关联的线粒体改变，与在感染中观察到但缺乏其对病毒感染结局直接证据的线粒体改变。线粒体通路在感染中具有双重功能，病毒可劫持这些通路以促进感染，而宿主可利用其支持抗病毒反应。通过整合这些机制性与实验性发现，本综述强调病毒特异性的线粒体调控模式及其在感染中的功能意义。对上述线粒体反应的机制性认识，为将线粒体通路鉴定为潜在抗病毒靶点提供了基础。
本文围绕病毒感染中线粒体功能的调控机制及其治疗潜力展开系统综述，主体内容按“氧化磷酸化（OXPHOS）核心机制—OXPHOS之外的其他线粒体功能”两大层次组织，并在此基础上讨论治疗策略与未来挑战。
1 Introduction
引言指出，线粒体除经典的三磷酸腺苷（ATP）生成功能外，还是协调代谢与固有免疫信号的调控平台，因而成为病毒因子的主要靶标，许多病毒编码的蛋白定位于线粒体或线粒体相关膜以促进复制与持续感染。电子传递链（ETC）由复合物I–IV组成，通过将还原性底物的电子传递给氧、建立跨膜质子梯度并驱动OXPHOS合成ATP，是线粒体生物能量的主要决定因素；电子传递同时产生 ROS，将线粒体呼吸与氧化损伤及氧化还原信号联系起来。OXPHOS产生的ATP为病毒基因组复制、核衣壳组装和颗粒释放等能量依赖阶段所必需，病毒蛋白与感染诱导的代谢改变共同重编程线粒体活性。病毒对OXPHOS的调控并不限于增加ATP产出，还包括选择性抑制呼吸复合物以重定向宿主代谢或改变能量产生与固有免疫信号。线粒体呼吸亦与抗病毒信号整合，例如OXPHOS来源的ROS调控线粒体抗病毒信号蛋白（MAVS）依赖及相关通路所控制的干扰素反应；外膜上的MAVS将病毒RNA感知与下游干扰素产生连接起来。病毒感染中还主动改变线粒体钙调控、融合–分裂平衡与膜电位，将结构重塑与功能变化耦联。文章据此提出按线粒体参与层次（以OXPHOS为中心 vs. OXPHOS之外）以及功能证据与实验方法层次进行组织，并区分能直接支持促病毒或抗病毒分类的功能性证据研究与缺乏病毒感染结局直接验证的实验体系（如单一病毒蛋白表达、基于转录本的构建体、假病毒及不同宿主模型）。
2 OXPHOS in Viral Infection
本节考察病毒感染中OXPHOS复合物及其组分的变化，并区分已与病毒感染结局建立功能关联的改变与功能意义尚未明确的改变；功能结局包括病毒基因组复制、病毒蛋白表达、感染性病毒粒子产生、病毒持续、细胞致病性等，促病毒效应泛指有助于上述结局建立或进展的过程，抗病毒效应则指限制感染或促进宿主抗病毒反应的过程。
2.1 OXPHOS Roles in Viral Infection
该小节聚焦于将OXPHOS复合物作为核心生物能量调控因子、并提供特定OXPHOS改变与上述结局功能性证据的研究，指出OXPHOS复合物可发挥促病毒或抗病毒作用。就RNA病毒而言：风疹病毒（RV）感染以时间和复合物特异的方式改变线粒体生物能量学，用抗霉素A（AMA）抑制复合物III可减少细胞内病毒RNA与感染性颗粒产生，复合物III活性相对对照升高，感染还伴随线粒体膜电位（ΔΨm）与ATP产生升高，复合物II变化最显著；柯萨奇病毒B3（CVB3）感染心肌组织中各呼吸链复合物酶活性平均下降，而心肌病毒滴度降低与复合物I和III活性增强密切相关；戊型肝炎病毒（HEV）中，复合物III抑制剂AMA与麦锈灵（MYXO）在Huh7.5及U87细胞中均降低HEV复制，提示复合物III活性支持HEV复制；呼吸道合胞病毒（RSV）感染诱导线粒体向微管组织中心重新定位并降低呼吸、增加线粒体ROS（mtROS），敲除复合物I关键亚基NDUFA10或NDUFB10导致mtROS升高并增强RSV复制，RSV M蛋白通过其R170/K172位点介导对复合物I亚基基因转录的选择性抑制，而线粒体靶向ROS清除剂MitoQ可逆转该抑制。就DNA病毒而言：人巨细胞病毒（HCMV）感染上调复合物I–IV及复合物V组分表达，增加线粒体生物发生与耗氧率（OCR），线粒体蛋白合成抑制可阻断呼吸增强并降低病毒复制，病毒蛋白pUL37×1参与呼吸增强与mtROS的协调调控，缺乏线粒体DNA的ρ0细胞中病毒复制显著降低，病毒蛋白pUL13调控多种OXPHOS复合物丰度并与ETC组分、LRPPRC及MICOS组分相互作用；痘苗病毒（VACV）感染增加氧消耗与OXPHOS活性，寡霉素抑制复合物V、CCCP解偶联或AMA抑制复合物III均降低病毒复制；单纯疱疹病毒1型（HSV-1）感染中复合物I和III蛋白呈早期升高、随后降低的动态变化，鱼藤酮抑制复合物I或碘乙酸抑制糖酵解均降低病毒复制且联用效果最强，复合物V亚基ATP5B受miR-101靶向抑制后HSV-1空斑减小，支持其促病毒作用。
2.2 OXPHOS Changes during Viral Infection
该小节总结功能意义尚未完全明确的OXPHOS改变，这些改变不能确定归类为促病毒或抗病毒，而被解释为与感染相关的改变。RNA病毒方面：丙型肝炎病毒（HCV）core蛋白增加复合物I依赖的ROS产生，恢复复合物I功能可阻止钙超载并恢复复合物V活性，p7与NS4B可与复合物V亚基ATP5H、ATP6相互作用，感染后期复合物I和IV多个亚基表达降低而ATP水平反而升高；寨卡病毒（ZIKV）早期复合物II活性支持TCA循环与ETC以供给病毒复制所需ATP，抑制琥珀酸脱氢酶（SDH）可减少复制，而神经组织中TCA循环与OXPHOS在多组学层面下调并伴神经元死亡；西尼罗病毒（WNV）感染抑制多种线粒体能量代谢基因，包括复合物II、IV及多个复合物V组分，小鼠中枢神经系统中COX6B2下调伴糖酵解基因升高；严重急性呼吸综合征冠状病毒2（SARS-CoV-2）感染早期OXPHOS短暂升高以支持复制，抑制琥珀酸氧化可降低复制，鼻咽、肺及支气管上皮样本中复合物I等呼吸链转录本降低，M与N蛋白作用于线粒体蛋白合成与加工组分，NSP6与ORF9b分别关联复合物V亚基与TOMM70，N蛋白与POLRMT、TFB2M、TFAM结合并稳定之，促进线粒体编码复合物I/III亚基转录并伴mtROS升高与JNK、p38活化；流感病毒中H5N1感染上调COX4I1并支持复制，H1N1经miR-4276介导COX6C抑制，H3N2感染小鼠皮下脂肪组织则表现为OXPHOS与复合物I基因下调；狂犬病病毒（RABV）在易感细胞中增加复合物I活性，P蛋白经aa139–172区域增加复合物I活性与ROS，M蛋白则降低其活性，人脑与犬脑组织中多个复合物亚基上调且与病毒载量不相关；Mokola病毒M蛋白经aa46–110（含aa69–82 α螺旋及K77/N81关键残基）与COX1的aa104–125区域结合，降低酶活性并诱导凋亡；人类免疫缺陷病毒（HIV）感染者PBMC中线粒体DNA拷贝数及复合物II–IV活性降低，NL4.3感染选择性下调NDUFA6使复合物I活性下降三倍，复合物IV活性随感染复数增加而升高，谷氨酰胺依赖的OXPHOS为复制所需，p2肽经Gln6与COX1 N214–F235结合增强复合物IV活性，Tat则强烈抑制复合物IV；登革病毒（DENV）NS3蛋白酶域以浓度依赖方式选择性抑制复合物I，且需其催化活性。DNA病毒方面：乙型肝炎病毒（HBV）慢性感染者核编码复合物II等酶活性降低，HBx上调COX3蛋白并经aa72–117与COX3相互作用，另一研究中HBx降低复合物I、III、IV、V活性，HBV感染上调THP-1巨噬细胞OXPHOS从而抑制IL-1β产生，抑制OXPHOS可恢复IL-1β并降低病毒复制；EBV在原代人B细胞中增强线粒体一碳代谢与ETC组分并增加OCR，抑制复合物I或III可抑制B细胞增殖，LMP1经DNMT1进入线粒体增加mtDNA甲基化并降低OXPHOS基因表达，感染鼻咽上皮细胞向糖酵解转变且对2-DG更敏感；人乳头瘤病毒（HPV）E2与复合物III等线粒体内膜蛋白相互作用并升高线粒体超氧化物，E7经L23与复合物V亚基ATP5B结合。作者据此将功能性关联的改变汇总于表1，将感染相关但功能未明的改变汇总于表2，并指出各病毒在OXPHOS之外的线粒体过程将在第3节进一步讨论。
3 Mitochondrial Function Beyond OXPHOS
本节讨论病毒感染对线粒体代谢、动力学、膜电位、氧化还原稳态与信号传导等多种过程的影响，指出多种病毒感染中可见ROS产生增加与ΔΨm丢失（图2），并同样区分功能关联改变与功能未明改变。
3.1 Mitochondrial Determinants of Viral Infection
该小节汇总将线粒体代谢、形态与动力学、氧化还原调控、膜电位及线粒体完整性的改变与感染结局建立联系的功能研究。SARS-CoV-2方面，NSP4、NSP8、ORF9c等与线粒体宿主蛋白结合，感染引起ΔΨm进行性丢失、线粒体通透性转换孔（MPTP）开放、ROS升高及肿胀空泡化，病毒双链RNA（dsRNA）经Tom20进入线粒体，Mdivi-1或环孢素A（CsA）维持线粒体完整性并显著降低病毒载量，患者PBMC中ATP偶联呼吸、储备能力与最大呼吸降低而糖酵解升高；RSV感染16–18 hpi出现ΔΨm丢失与mtROS升高，MitoQ降低基因组拷贝与感染滴度并减轻肺部及全身炎症；HIV中病毒RNA在诱导后1小时内快速蓄积于线粒体并损伤酶活性，S100A8经糖酵解触发潜伏逆转，Tat与gp120经外泌体miR-27a抑制受者细胞氧化能力，Vpr经VprBP–DDB1–CUL4A复合物促使Mfn2泛素化降解致ΔΨm消散，Vpr52-96尤其Vpr71-82（含H(S/F)RIG基序，R73/R77/R80关键）诱导线粒体膜通透化并与ANT、VDAC组成的通透性转换孔复合物（PTPC）结合，Tat使营养应激细胞发生ΔΨm丢失与ROS蓄积；DENV感染抑制谷氨酰胺氧化而增加葡萄糖代谢，葡萄糖主要经回补作用支持内源性脂肪酸氧化，Etomoxir抑制CPT1依赖的脂肪酸转运可抑制病毒蛋白表达、RNA蓄积与感染性颗粒产生，AICAR则增强复制，NS4B经2K序列降低CDK1表达与DRP1 Ser616磷酸化而促进线粒体延长，DRP1缺失增强复制而MFN2缺失抑制复制，并与MAMs破坏、RIG-I募集减少及MAVS依赖干扰素反应减弱相关。DNA病毒方面，VACV感染早期诱发伪缺氧状态，经CPT1进入线粒体的长链脂肪酸摄取及线粒体β氧化与OXPHOS而非糖酵解为其复制所依赖。
3.2 Mitochondrial Responses during Viral Infection
该小节汇总功能后果尚未完全明确的OXPHOS之外线粒体改变。HCV core经与Hsp60相互作用导致ROS过度产生并增加凋亡敏感性，p7以剂量依赖方式降低ΔΨm，NS5A降低ΔΨm并改变动力学以促进线粒体自噬；ZIKV感染后糖酵解与呼吸能力均下降且与病毒载量或细胞存活无关，致病株与线粒体活性降低相关；RV感染提高OCR/ECAR比值提示氧化代谢增强；流感病毒PB1-F2经C端靶向序列及aa69–82两亲性α螺旋与aa63–75区域（K73/R75关键）定位于线粒体内膜，导致ΔΨm丢失与凋亡，感染还使呼吸进行性下降（6 hpi约30%、12 hpi约45%）；HBV的HBx降低ΔΨm、促进细胞色素c释放并扰乱呼吸 activity，升高胞质Ca2+并可被CsA抑制，Orai1依赖的钙内流支持病毒复制，HBV DNA整合常发生于编码OXPHOS亚基的线粒体基因（ND1、ND2、ND4、ND5、CYTB、COX1、ATP6）并与更高病毒DNA及前基因组RNA水平相关。作者进一步指出，多项研究在结构域或残基水平刻画了参与线粒体相互作用或功能调控的病毒蛋白区域（表5），但并非所有区域均已确认为直接物理结合界面。
4 Therapeutic Strategies Targeting Mitochondria in Viral Infections
本节提出，病毒对线粒体代谢、动力学、线粒体自噬与凋亡的操纵常主动参与病毒生命周期，因而构成靶向线粒体相关宿主过程的潜在治疗策略，现有途径包括调节病毒诱导的代谢改变、恢复线粒体动力学与质量控制、调控mtROS产生及调节线粒体依赖的凋亡信号，且部分化合物已进入转化或临床评价。
4.1 Inhibiting Viral Strategies That Target Mitochondria
该小节主张靶向直接调控线粒体功能的病毒特异性机制，例如HBV HBx在线粒体蓄积并改变ΔΨm、HCV core经N端aa1–75与Hsp60相互作用介导ROS产生、HPV E2与复合物III组分相互作用；相较广泛抑制OXPHOS，破坏病毒蛋白与线粒体组分间特定蛋白–蛋白相互作用有望在抑制病毒复制的同时限制全身代谢毒性，途径包括抑制病毒蛋白线粒体定位、破坏特定相互作用或靶向病毒诱导的线粒体信号复合物。
4.2 Modulating Mitochondrial Dynamics
该小节指出多种病毒改变线粒体形态、定位与融合–分裂平衡，如RSV促进微管依赖的线粒体重新定位、HIV Vpr关联Mfn2降解与线粒体完整性破坏；靶向动力学可成为选择性宿主导向策略，应用Mdivi-1等DRP1靶向化合物调节过度分裂可保持线粒体完整性，恢复Mfn1/2介导的融合可改善抗病毒信号，且较广泛抑制OXPHOS更具选择性并保留必要生物能量功能。
4.3 Mitochondrial Antioxidants and Metabolic Modulators
该小节讨论线粒体抗氧化剂与代谢调节剂作为宿主导向策略：MitoQ降低mtROS、抑制RSV基因组复制并减轻气道炎症；二甲双胍抑制复合物I并调控AMPK相关代谢信号，与降低HIV复制相关；二甲基丙二酸抑制SDH在HBV与SARS-CoV-2相关研究中显示抗病毒与免疫代谢效应。由于线粒体代谢对正常细胞功能必不可少，此类策略需审慎评估毒性、组织特异性及感染阶段依赖的代谢效应。
4.4 Regulating Mitophagy
该小节指出多种病毒操纵线粒体质量控制以支持复制、持续或免疫逃逸，病毒诱导的线粒体自噬可清除受损线粒体、抑制MAVS并促进代谢应激适应，如HCV NS5A促进Parkin介导的线粒体自噬；治疗性调控需选择性，抑制病毒诱导的线粒体自噬可抑制持续感染并恢复抗病毒信号，受控增强线粒体自噬则有助于清除受损线粒体、减轻线粒体应激与炎症损伤。
4.5 Targeting the Mitochondrial Apoptosis Pathway
该小节指出多种病毒调节线粒体膜完整性与凋亡信号以影响细胞存活、复制效率与组织损伤，HIV Tat与Vpr诱导ΔΨm破坏与凋亡信号激活，HBV HBx参与线粒体重塑与细胞色素c释放，流感PB1-F2与Mokola病毒M蛋白影响膜完整性与呼吸组分；由于病毒可依感染阶段与复制需求抑制或诱导凋亡，治疗性调控需采取病毒与阶段特异性策略。
4.6 Mitochondria-Targeted Compounds in Translational and Clinical Studies
该小节总结转化与临床研究：MitoQ由三苯基膦（TPP+）偶联泛醌结构组成，因ΔΨm高度负性而优先蓄积于线粒体，临床前研究显示其在RSV模型中减轻线粒体氧化应激并改善炎症结局，在非抗病毒场景的人体研究中安全性可接受，并已在SARS-CoV-2暴露者的探索性临床研究（NCT05381454）中评价，但其线粒体靶向所特异的抗病毒疗效尚未明确；二甲双胍作为与复合物I抑制及AMPK–mTOR调控相关的宿主导向代谢调节剂，其III期COVID-OUT试验（NCT04510194）报告急诊就诊、住院或死亡复合结局降低，但线粒体机制的确切贡献尚未完全确定，这些临床获益应与直接抗病毒效应相区分。作者强调治疗开发需选择性调控病毒诱导的线粒体重塑并保留宿主必要生物能量与免疫功能，将线粒体导向药物与直接抗病毒药或免疫调节疗法联合有望提高疗效并限制全身毒性。
5 Challenges and Future Directions
本节指出，病毒类型、感染阶段、宿主细胞与实验模型的差异导致线粒体反应高度可变，区分直接影响感染结局的线粒体过程与继发性代谢改变仍属困难。
5.1 Distinguishing Direct Viral Regulation From Infection-Induced Host Responses
该小节提出核心未决问题是线粒体改变源于病毒直接调控还是感染诱导的宿主反应：病毒蛋白可直接与线粒体蛋白及OXPHOS组分相互作用，而线粒体功能障碍也可间接源自免疫激活、氧化应激、钙失衡与代谢改变，二者并不互斥且相对贡献随病毒、阶段与宿主条件而异；感染相关的呼吸、膜电位、ROS或形态改变并不必然证明其对感染的功能贡献，确定功能效应需对受影响通路进行实验操纵后测定病毒基因组复制、蛋白表达与感染性颗粒产生，并开展不同感染阶段分析，时间进程代谢谱结合ETC组分或线粒体调控因子的遗传操纵有助于判定其功能效应。
5.2 Experimental Models and Methodological Limitations
该小节指出，鱼藤酮、寡霉素等OXPHOS药理抑制剂可能产生超出预期ETC靶点的效应，针对特定ETC亚基或线粒体调控因子的遗传操纵联合回补实验可验证药理学鉴定的依赖性；永生化细胞系的线粒体与代谢特征可能不同于原代细胞与组织，未来应纳入原代细胞、类器官、分化细胞体系与体内模型，活细胞分析可提供终点测定无法获得的时间信息；多组学数据与线粒体活性直接功能测定的整合仍有限，将多组学与呼吸测定、同位素示踪、线粒体成像及遗传操纵结合可区分相关性代谢特征与直接影响感染的线粒体过程，空间代谢组学有助于研究感染中的组织水平代谢异质性。
5.3 Identifying Virus-Specific Mitochondrial Dependencies for Therapeutic Targeting
该小节强调线粒体反应多样性限制广泛OXPHOS抑制的适用性，未来应在单个ETC复合物、亚基、代谢通路与线粒体调控蛋白水平鉴定病毒特异性依赖，可检验的问题包括特定复合物是否在复制特定阶段必需、病毒蛋白是否与单个OXPHOS亚基直接互作、破坏这些互作能否在不扰乱必要生物能量功能的前提下抑制复制；ROS信号、凋亡、钙流、线粒体动力学与线粒体相关抗病毒信号亦为干预点，经药理或遗传操纵可重复改变病毒基因组复制、蛋白表达或感染性颗粒产生的过程值得进一步机制验证与临床前评价。
5.4 Bridging Mechanistic Studies and Clinical Translation
该小节指出，由于线粒体对正常细胞生理至关重要，广泛靶向宿主生物能量学存在毒性与组织特异代谢脆弱性顾虑，治疗开发应聚焦病毒特异性线粒体相互作用或调控通路而非非选择性抑制呼吸；MitoQ在慢性HCV感染的II期临床研究中降低血清转氨酶但未显著改变病毒载量，体现了将线粒体或氧化应激相关效应转化为直接抗病毒疗效的困难；成功转化需将分子线粒体机制与病毒结局及疾病表型相连接，未来应确定治疗窗、组织特异性效应及实验体系所鉴定的线粒体依赖在人类感染中是否保守，单细胞代谢谱与原发性细胞、类器官及体内系统功能测定的整合有助于鉴定细胞类型特异性依赖并促进转化。
6 Conclusion
结论指出，线粒体功能在病毒感染中发生改变并影响病毒复制、抗病毒信号、细胞应激反应及病毒相关细胞结局；病毒蛋白可直接靶向OXPHOS组分与线粒体蛋白，感染亦可诱导线粒体代谢、生物能量学、ROS信号、凋亡、钙稳态、动力学与固有免疫信号的改变，这些改变的功能效应因病毒与实验体系而异。因此，区分直接影响感染结局的线粒体过程与感染中观察到的线粒体改变，对于解释现有证据与鉴定治疗相关靶点至关重要；未来需整合遗传操纵、定量线粒体测定、时间进程分析、生理相关感染模型与多组学方法，以鉴定病毒特异性线粒体依赖并验证其功能效应，从而为开发选择性靶向感染相关线粒体过程、同时保留宿主必要线粒体功能的抗病毒策略奠定基础。
