口蹄疫病毒激活糖酵解并劫持 HK2 抑制先天免疫促进病毒复制的研究及意义

《Veterinary Research》：Foot-and-mouth disease virus activates glycolysis and hijacks HK2 to inhibit innate immunity and promote viral replication

为解决口蹄疫病毒（FMDV）致病机制不明导致防控困难的问题，研究人员开展 FMDV 与糖酵解相互作用及机制的研究。结果发现 FMDV 感染激活糖酵解、增加 HK2 水平，HK2 抑制先天免疫促进病毒复制。这为阐明 FMDV 致病机制提供新思路。

　　在动物健康领域，口蹄疫（Foot-and-mouth disease，FMD）堪称畜牧养殖业的 “头号大敌”。这是一种由口蹄疫病毒（Foot-and-mouth disease virus，FMDV）引发的高传染性疾病，严重阻碍了全球畜牧业的健康发展。由于 FMDV 的致病机制至今仍不明确，这使得防控和净化口蹄疫困难重重。病毒作为细胞内的寄生生物，其生存和繁殖高度依赖宿主细胞的代谢系统。已有研究表明，多种病毒会操控宿主的糖酵解（glycolysis，将葡萄糖转化为丙酮酸并产生能量的过程）途径来满足自身复制需求，糖酵解重编程也成为病毒感染的显著特征之一。在这样的背景下，为了深入了解 FMDV 的致病机制，来自华南农业大学兽医学院等机构的研究人员，开展了 FMDV 与糖酵解相互作用及机制的研究。该研究成果发表在《Veterinary Research》杂志上，为攻克口蹄疫难题带来了新的曙光。

研究人员在此次研究中运用了多种关键技术方法。细胞实验方面，使用猪肾细胞系 PK-15 和人胚肾细胞系 HEK293T 进行细胞培养和病毒感染实验 。通过定量实时逆转录聚合酶链反应（quantitative real-time RT-PCR，qRT-PCR）测定相关基因的 mRNA 表达水平；采用蛋白质免疫印迹（Western blot）分析蛋白表达情况；借助共聚焦免疫荧光显微镜观察蛋白定位和细胞内的荧光信号变化；运用统计学方法对实验数据进行分析，确定各因素之间的差异是否具有统计学意义。

研究结果如下：

• FMDV 感染诱导糖酵解代谢并增强 HK2 表达：研究人员用 FMDV 感染 PK-15 细胞 12 小时后，检测发现感染细胞的细胞外酸化率（ECAR）高于对照组，乳酸含量也有所增加，这表明 FMDV 感染促进了 PK-15 细胞的糖酵解。进一步研究发现，随着 FMDV 感染时间延长，PK-15 细胞中 HK2（己糖激酶 2，糖酵解途径第一步的关键代谢酶）的 mRNA 和蛋白水平均升高。
• 糖酵解代谢酶 HK2 促进 FMDV 复制：在过表达 HK2 的 FMDV 感染 PK-15 细胞中，乳酸和 ATP 水平高于对照组，细胞外酸化率也显著增加，而使用糖酵解抑制剂 2 - 脱氧 - D - 葡萄糖（2-DG）处理后，FMDV 的复制受到抑制。此外，HK2 过表达能够提高 FMDV 的 VP1 蛋白表达、3D^pol mRNA 表达水平和病毒滴度，且 HK2 不影响 FMDV 的吸附和入侵，但对其复制过程有促进作用。研究还发现，FMDV 的 VP3 蛋白与 HK2 相互作用，且 HK2 可增强 VP3 蛋白的表达。
• HK2 通过自噬抑制干扰素相关细胞因子的表达促进 FMDV 复制：FMDV 感染 PK-15 细胞后，细胞内源性 LC3（微管相关蛋白 1 轻链 3，自噬的标记蛋白）点簇数量增加，用双荧光标记的 mRFP-EGFP-LC3 检测发现，感染 FMDV 的细胞红色荧光增多，表明 FMDV 诱导了自噬。HK2 进一步增加了 FMDV 感染细胞中内源性 LC3 点簇数量和 mRFP-EGFP-LC3 的红色荧光，促进了自噬通量。使用自噬抑制剂处理后，FMDV 在 HK2 过表达细胞中的复制受到抑制。同时，HK2 过表达显著抑制了 IFN-β、IL-6、ISG15 和 ISG56 的转录活性，而自噬抑制剂可缓解这种抑制作用，说明 HK2 通过自噬抑制先天细胞免疫，进而促进 FMDV 复制。
• HK2 与 IRF3/IRF7 相互作用并抑制其表达：通过数据库预测和实验验证，发现 HK2 与干扰素调节因子 3（IRF3）和干扰素调节因子 7（IRF7）存在相互作用。共聚焦显微镜和免疫共沉淀实验表明，HK2 与 IRF3/IRF7 在细胞内共定位且能相互沉淀。此外，HK2 以剂量依赖的方式抑制 IRF3/IRF7 的内源性和外源性表达。
• HK2 通过自噬 - 溶酶体依赖途径促进 IRF3/IRF7 降解：共聚焦显微镜观察发现，自噬体标记蛋白 LC3 与 HK2、IRF3/IRF7 紧密共定位。使用自噬激活剂或抑制剂处理细胞后，发现自噬抑制剂可促进 IRF3/IRF7 蛋白表达，抑制 FMDV VP1 表达；而自噬激活剂则加剧 IRF3/IRF7 和 P62（一种自噬相关蛋白）的降解，促进 FMDV VP1 表达。这表明 HK2 在 FMDV 感染期间通过自噬 - 溶酶体依赖途径介导 IRF3/IRF7 的降解，且 HK2 可能通过自噬受体 P62 介导的选择性自噬来降解 IRF3 和 IRF7。

综合上述研究，该研究团队发现 FMDV 感染可诱导 PK-15 细胞的糖酵解过程，并且 HK2 在其中发挥了关键作用。HK2 通过自噬 - 溶酶体依赖途径介导 IRF3/IRF7 的降解，拮抗干扰素信号通路，从而促进 FMDV 的复制。这一研究成果为深入理解 FMDV 的感染机制，以及糖酵解与先天免疫之间的关系提供了新的视角。同时也表明，糖酵解及其代谢酶 HK2 为 FMDV 的复制创造了有利环境。未来，针对 FMDV 与糖酵解、自噬之间的相互作用机制，还有许多问题有待进一步探索，比如 HK2 与 VP3 相互调控的具体分子机制，以及如何基于这些发现开发更有效的口蹄疫防控策略等，这些研究将为口蹄疫的防治提供更坚实的理论基础。