《Viruses》：IRE1α Is Associated with Host Lipid Biosynthesis During Human Coronavirus OC43 Infection
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人体冠状病毒复制的研究激增，但关于影响疾病的宿主因素仍有许多未知。这些病毒常常激活细胞的内质网（endoplasmic reticulum, ER）应激反应，并受益于尚未完全了解的下游效应。在本研究中，研究人员探究了宿主内质网应激反应组分肌醇需求酶1α（ino
人体冠状病毒复制的研究激增，但关于影响疾病的宿主因素仍有许多未知。这些病毒常常激活细胞的内质网（endoplasmic reticulum, ER）应激反应，并受益于尚未完全了解的下游效应。在本研究中，研究人员探究了宿主内质网应激反应组分肌醇需求酶1α（inositol-requiring enzyme 1 α, IRE1α）在人冠状病毒OC43（human coronavirus OC43, HCoV-OC43）感染期间调节脂质代谢的作用。研究人员发现，感染期间IRE1α依赖性诱导脂肪生成相关基因、增加代谢中间产物，并增强亲脂性膜染色。抑制从头脂肪酸合成会损害HCoV-OC43复制，而在IRE1α抑制的情况下，通过补充外源棕榈酸绕过从头脂肪生成的前几步则能恢复病毒复制。总之，这些结果表明，脂质代谢重塑与冠状病毒感染期间的IRE1α信号传导相关，靶向这些宿主通路可能代表一种潜在的抗病毒策略。
论文解读：IRE1α与HCoV-OC43感染中的宿主脂质生物合成
人冠状病毒是包膜正链RNA病毒，可引起从轻微上呼吸道症状到严重肺炎、急性呼吸窘迫综合征等多系统疾病。地方性冠状病毒如HCoV-OC43是季节性呼吸道疾病的重要病原，而高致病性冠状病毒如SARS-CoV、MERS-CoV和SARS-CoV-2曾造成重大人员死亡。冠状病毒依赖宿主细胞过程完成复制，但具体机制尚不明确。已有临床研究表明，糖尿病、高龄、高血压、慢性肾病和肥胖是SARS-CoV-2重症感染的危险因素，而这些疾病常伴随内质网（endoplasmic reticulum, ER）应激。ER应激激活未折叠蛋白反应（unfolded protein response, UPR），其中肌醇需求酶1α（inositol-requiring enzyme 1 α, IRE1α）是关键的ER跨膜传感器，其激活后通过非经典剪接XBP1 mRNA，产生转录因子XBP1s，进而上调参与ER功能、蛋白质合成和代谢的基因。已有研究显示人冠状病毒激活IRE1α并促进病毒复制，但IRE1α促进感染的下游机制未完全明确。此外，冠状病毒可操纵宿主脂质合成途径，但上游信号机制尚不清楚。鉴于IRE1α-XBP1通路已知能促进脂肪生成，研究人员假设IRE1α可能通过调节从头脂肪酸合成来支持冠状病毒复制。本研究旨在验证这一假说，相关成果发表于《Viruses》期刊。
研究人员利用人结肠上皮细胞系HCT-8和人肺上皮细胞系A549（表达血管紧张素转换酶2，angiotensin-converting enzyme 2, ACE2）作为模型，以HCoV-OC43感染为实验体系。通过小分子抑制剂4μ8C和KIRA8抑制IRE1α的核酸内切酶活性，以AMC作为无活性对照；使用乙酰辅酶A羧化酶（acetyl-CoA carboxylase, ACC）抑制剂CP-640186阻断从头脂肪合成；通过外源棕榈酸（牛血清白蛋白结合形式）回补代谢通路。采用定量逆转录PCR（quantitative RT-PCR, qRT-PCR）检测基因表达和病毒RNA；酶联免疫吸附试验（enzyme-linked immunosorbent assay, ELISA）定量丙二酰辅酶A；荧光亲脂性膜染料染色评估细胞内脂质含量；并重新分析了已发表的SARS-CoV-2 RNA测序（RNA sequencing, RNA-seq）数据，以识别IRE1α依赖性脂肪生成基因。结果发现，在HCoV-OC43感染的A549细胞中，IRE1α激活（剪接XBP1和下游ERDJ4上调），且抑制IRE1α可降低病毒RNA。RNA-seq分析显示，IRE1α调控多个脂肪生成相关基因。在HCT-8细胞中，感染增加丙二酰辅酶A水平，且ACC抑制可降低该水平并以剂量依赖方式抑制病毒复制，而不影响细胞活力。脂质染色显示感染细胞中脂质膜染色增强，且该增强被IRE1α抑制剂逆转。单独激活IRE1α（使用IXA4）即可增加脂质染色，并同样被4μ8C逆转。最后，外源棕榈酸补充可绕过ACC和脂肪酸合酶（fatty acid synthase, FASN）的作用，在ACC抑制或IRE1α抑制的情况下恢复HCoV-OC43的病毒RNA复制（通过两对引物验证）。
研究人员使用美国典型培养物保藏中心（American Type Culture Collection, ATCC）来源的HCT-8细胞，以及通过BEI Resources（美国国家过敏与传染病研究所，NIAID/NIH）获得的A549-ACE2细胞和HCoV-OC43毒株。主要关键技术包括：使用选择性IRE1α核酸内切酶抑制剂4μ8C、KIRA8和无活性对照AMC，以及ACC抑制剂CP-640186处理细胞；用qRT-PCR定量剪接XBP1、ERDJ4、病毒RNA和脂肪生成酶基因（ACACB、SCD1、FASN）的表达；用ELISA定量丙二酰辅酶A；用荧光亲脂性染料CellBrite Blue染色并通过ImageJ定量荧光强度；用IRE1α激动剂IXA4处理；重新分析已发表的SARS-CoV-2感染RNA-seq数据（ENA PRJEB51271），利用DESeq2差异表达结果筛选IRE1α依赖性脂肪生成基因。统计采用单因素方差分析（one-way ANOVA）及?ídák或Dunn多重比较检验。
3.1 IRE1α促进HCoV-OC43感染期间脂肪酸合成酶的表达
在A549细胞中感染HCoV-OC43可诱导剪接XBP1和ERDJ4表达，该诱导被4μ8C或KIRA8阻断，而不被无活性对照AMC阻断，同时病毒RNA水平显著下降。对已发表的SARS-CoV-2 RNA-seq数据重新分析发现，IRE1α依赖性调节多个脂肪生成相关基因。在HCoV-OC43感染的HCT-8细胞中，4μ8C降低ACACB（编码ACC2）、SCD1和FASN的mRNA丰度。这些结果表明IRE1α促进脂肪酸合成相关基因的转录。
3.2 脂肪酸合成代谢中间产物在HCoV-OC43感染期间增加，且为病毒复制所必需
HCoV-OC43感染增加HCT-8细胞中丙二酰辅酶A水平，而ACC抑制剂CP-640186可降低该水平。CP-640186以剂量依赖方式减少病毒RNA，且在不影响细胞活力的浓度下依然有效。这表明从头脂肪合成对HCoV-OC43复制是必需的。
3.3 HCoV-OC43感染期间IRE1α依赖性脂质相关膜染色增强
A549细胞感染后，亲脂性膜染料荧光强度显著增加，4μ8C处理可逆转该增加。单独用IRE1α激动剂IXA4处理足以增加脂质染色，且该效应可被4μ8C逆转。这表明IRE1α激活可驱动细胞脂质积累，且独立于病毒感染。
3.4 IRE1α通过脂肪酸合成促进HCoV-OC43感染
外源BSA-棕榈酸补充在ACC抑制（CP-640186）或IRE1α抑制（4μ8C）条件下均能恢复HCoV-OC43病毒RNA复制，并使用两对独立引物确认。这提示IRE1α通过上调从头脂肪合成的第一步来支持病毒感染。
在讨论部分，研究人员指出，冠状病毒高度依赖宿主细胞过程，但机制未明。本研究基于XBP1下游促进脂肪生成的先前发现，证明IRE1α通过调节从头脂肪酸合成促进病毒复制。抑制ACC或FASN均会损害病毒复制，支持脂质合成的重要性。研究还提出，感染诱导的脂质积累可能反映膜重塑，从而保护病毒核酸合成免受先天免疫检测。讨论也承认存在矛盾研究：一项使用CRISPR/Cas9敲除IRE1α或XBP1的研究未观察到对病毒滴度的影响，差异可能源于细胞模型、胎牛血清中脂肪酸浓度差异或基因敲除引起的补偿性代谢途径激活。局限性包括：仅使用培养细胞和HCoV-OC43模型，需在原发性气道培养和动物模型中验证；未直接证明XBP1的作用；具体脂质种类未确定。临床意义上，代谢疾病相关的慢性ER应激可能通过IRE1α-XBP1通路为病毒复制创造有利环境，选择性IRE1α抑制剂在临床前模型中安全且耐受良好，且靶向宿主通路不易产生病毒逃逸突变。研究结论为：总之，我们的研究表明，内质网应激信号在冠状病毒感染过程中与宿主代谢重塑相互关联，并提示脂肪生成是IRE1α活性相关的潜在下游效应因子。
