含缺失的甲型流感病毒基因组产量受代谢物、代谢信号分子和蓝藻提取物的影响

《Applied and Environmental Microbiology》：Influenza A deletion-containing viral genome production is altered by metabolites, metabolic signaling molecules, and cyanobacterial extracts

　　

RNA病毒感染会产生大量非标准病毒基因组，这些基因组与较温和的临床结局相关，因此研究人员致力于将其开发为新型抗病毒药物。研究人员最近发现，使用alpelisib改变宿主细胞代谢远离促生长途径，可增加甲型流感非标准病毒基因组（特别是含缺失病毒基因组，DelVGs）的产生。为了发现更多能诱导DelVGs增加的药物，研究人员对甲型流感病毒（A/H1N1和A/H3N2）感染进行了代谢物、代谢信号分子和蓝藻来源生物制剂的筛选，并使用长读长测序定量了DelVGs和总病毒基因组。研究人员表明，宿主细胞中心碳代谢的代谢物和信号分子可在甲型流感感染早期显著改变DelVG的产生。腺苷（Adenosine）成为缺陷病毒基因组（defective viral genomes）的有效诱导剂，在两个亚型中均显著放大了DelVG的产生。胰岛素（Insulin）具有类似效应，但具有亚型特异性，主要在A/H3N2感染中增强聚合酶片段DelVGs。三羧酸（Tricarboxylic acid, TCA）循环抑制剂4-辛基衣康酸（4-octyl itaconate）和UK5099，以及嘌呤类似物法匹拉韦（favipiravir），增加了两个亚型的总病毒基因组产量。蓝藻提取物主要影响A/H3N2感染中的DelVGs和总病毒基因组产量，并特异性地几乎完全关闭了流感抗原片段。这些结果提示了抗病毒干预的新途径，包括宿主代谢途径（PI3K-AKT、Ras-MAPK途径、TCA和嘌呤-嘧啶）以及影响DelVG产生的蓝藻治疗剂。本研究推进了对DelVG产生机制的基础理解，并强调了靶向宿主代谢以开发广谱流感治疗药物的潜力。

甲型流感病毒（Influenza A virus）感染产生大量非标准病毒基因组，这些基因组与临床温和结局相关，但现有抗病毒药物疗效有限或易产生耐药性。研究人员先前发现，通过alpelisib抑制宿主细胞PI3K-AKT代谢信号可增加含缺失病毒基因组（deletion-containing viral genomes, DelVGs）的产量。为进一步探索调控DelVG产生的宿主因素，研究人员在《Applied and Environmental Microbiology》发表论文，系统研究了代谢物、代谢信号分子及蓝藻提取物对甲型流感病毒DelVG和总病毒基因组（total viral genomes, TVGs）产量的影响，并揭示了宿主代谢在病毒基因组动态中的关键作用，为开发广谱抗流感疗法提供了新方向。

研究人员使用MDCK-London细胞（来源于美国CDC流感试剂资源），感染A/California/07/2009（H1N1）和A/Texas/50/2012（H3N2）病毒株（由Ted Ross实验室提供），在感染同时施加药物处理（1 μM），17小时后收获上清。主要技术方法包括：利用纳米孔长读长测序（Oxford Nanopore）对病毒基因组进行全长测序，通过RT-PCR引入独特分子标识（UMI）以消除PCR重复，并采用Virus Recombination Mapping（ViReMa）软件鉴定含缺失的病毒基因组；使用线性混合模型进行统计分析，以生物重复为随机因子，检验各处理对DelVG比例和TVG计数的效应。

研究结果如下：

**甲型流感病毒基因组的测序与测量高度一致**：对照感染（水或DMSO载体）中，TVG和DelVG比例在三次独立生物重复中高度可重复，表明测序方法稳定可靠。

**药物影响缺陷病毒基因组和总病毒基因组产量**：整体方差分析显示，药物处理显著影响DelVG比例（F=6.777, P<0.0001）和TVG计数（F=4.439, P<0.0001）。所有显著增加DelVG比例的处理中，腺苷效果最强，其次为胰岛素、MK2206和尿苷；而TCA循环抑制剂4-OI和UK5099显著增加TVG计数。

**腺苷是跨越亚型的强效DelVG放大器**：腺苷在H1N1和H3N2两个亚型中均显著增加聚合酶复合体片段（PA、PB1、PB2）的DelVG比例，增幅达35.00%–80.61%，并在CA09中增加HA DelVG，在TX12中增加NP DelVG。凝胶电泳剂量响应实验（0–20 μM）进一步验证了该效应。

**胰岛素增加聚合酶复合体缺陷病毒基因组**：胰岛素在TX12中显著增加所有三个聚合酶片段DelVG比例（36.56%–52.96%），在CA09中虽也有增加但未达统计显著，显示亚型特异性。

**TCA循环抑制剂4-OI和UK5099是跨越亚型的强效总病毒基因组放大器**：4-OI显著增加两个亚型中7个片段的TVG计数（2,287–11,798个基因组），UK5099显著增加HA、NP、NA和M片段的TVG（5,052–20,742个基因组）。

**嘌呤类似物法匹拉韦增加跨越亚型的总病毒基因组**：法匹拉韦在CA09和TX12中均显著增加PA、NP和M片段的TVG计数（2,768–19,298个基因组），但DelVG比例略有下降。

**蓝藻提取物影响TX12抗原片段的缺陷和总病毒基因组**：Tolypothrix提取物显著增加TX12中PB1的TVG，但显著降低HA和NA的TVG（3,178–4,163个基因组）；Leptolyngbya提取物则导致HA和NA几乎完全消失（少于10个计数），在三个生物重复中一致出现。

讨论部分总结了这些发现的意义：腺苷作为强效DelVG诱导剂，可能通过A1 G蛋白偶联受体触发PLC依赖性Ca²⁺信号，改变内质网脂质组成和囊泡运输，从而影响基因组包装；胰岛素通过PI3K-AKT和Ras-MAPK途径发挥亚型特异性作用；TCA循环抑制剂通过模拟Warburg效应促进病毒基因组增殖；法匹拉韦在亚致死剂量下允许突变但未导致致死突变；蓝藻提取物对TX12抗原片段的特异性抑制提示存在非随机的片段选择机制。研究结论部分翻译如下：总之，本研究推进了对宿主代谢与甲型流感病毒基因组动态之间相互作用的理解。通过鉴定DVG产生的关键代谢调控因子，研究人员为利用缺陷干扰作用对抗流感感染的创新治疗策略铺平了道路。未来研究应聚焦于相关的详细分子途径，以及这些代谢效应物整合到广谱抗病毒治疗中的潜力。