Science Advances发现一种新的细胞蛋白与甲型肝炎感染有关

长期以来，科学家们一直试图分解甲型肝炎病毒，以了解其内部工作原理及其在人体中的功能。北卡罗来纳大学医学院的传染病研究人员发现，一种鲜为人知的蛋白质，pdgfa相关蛋白1 (PDAP1)，被甲型肝炎病毒用作复制和感染肝脏细胞的棋子。

　　

病毒在人类体内繁衍了数万年，进化到利用细胞机制在我们体内复制和生存。有些甚至可以在没有任何症状的情况下溜过我们的防御并侵入。

甲型肝炎病毒在这方面表现突出。这种具有高度传染性的病毒可引起严重的肝脏炎症，已演变为通过人与人之间的密切接触或通过受污染的食物和水传播。尽管自20世纪90年代以来已经有了一种优秀的疫苗，但自2016年以来，美国已有4.5万例甲型肝炎确诊病例，导致424人死亡。

长期以来，科学家们一直试图分解甲型肝炎病毒，以了解其内部工作原理及其在人体中的功能。医学博士斯坦利·莱蒙（Stanley M. Lemon）是医学、微生物学和免疫学教授，也是北卡罗来纳大学医学院全球健康与传染病研究所的成员，自20世纪80年代以来，他一直在研究正链RNA病毒，比如导致甲型肝炎的病毒。

“你可以说，甲型肝炎病毒比我们更了解肝细胞的内部，”莱蒙说，他是美国国家科学院和北卡罗来纳大学莱恩伯格综合癌症中心的成员。“通过研究甲型肝炎，我们慢慢地了解了更多关于细胞反应、免疫系统，甚至是我们不知道的癌症的一些方面。”

新发现的感染伙伴

莱蒙最近的研究重点是病毒如何有策略地进入肝细胞，并接管细胞的内部机制来复制其基因组。

莱蒙与他在北卡罗来纳大学莱因伯格综合癌症中心和北卡罗来纳大学医学院的同事Nat Moorman博士、You Li博士、Xian Chen博士、Jason Whitmire博士和Joseph Alex Duncan博士合作，发现了一种鲜为人知的蛋白质pdgfa相关蛋白1 （PDAP1）被甲型肝炎病毒用作复制和感染肝脏细胞的“卒”。这项新发现的细节发表在《科学进展》杂志上。

研究人员通过针对19000多个人类基因的CRIPSR筛选确定了PDAP1。在北卡罗来纳大学基因治疗中心的帮助下，莱蒙和他的同事们排除了大多数在甲型肝炎感染中不重要的基因。它们只剩下病毒复制所需的40多个基因（以及它们编码的蛋白质）。

在这些基因中，PDAP1因没有已知的功能而脱颖而出。由于好奇它在甲型肝炎感染中的作用，莱蒙和同事们深入研究了当前的文献，发现只有十几篇先前的研究论文提到了这种蛋白质。这些研究表明，PDAP1与胃肠道癌症和胶质母细胞瘤有关，但人们对这种蛋白质的功能以及PDAP1如何与病毒合作促进感染知之甚少。

德国柏林Max delbrck分子医学中心的Verónica Delgado-Benito撰写的一篇论文表明，PDAP1对于维持免疫细胞的细胞应激反应至关重要，免疫细胞产生抗体来对抗感染和疾病。当Delgado-Benito在实验室中从细胞中移除PDAP1时，免疫细胞因压力而死亡，无法产生抗感染抗体。这引起了研究小组的兴趣。

利用肝脏的应激反应

“综合应激反应”的作用很像飓风中的发电机，使细胞几乎不能正常工作，直到它能从应激源中恢复并恢复全部功能。当代谢出错或被感染时，肝细胞会经历细胞压力。为了保存能量和生存，肝细胞关闭了大部分蛋白质的生产，转而生产一些特殊的生存蛋白质来保持细胞的存活。

研究小组的初步实验表明，甲型肝炎病毒在感染和诱导肝细胞应激后，已经学会了利用这种特殊的蛋白质生产程序来制造自己的蛋白质。Lemon和他的同事决定进一步探索这一机制。

通常，研究人员可以通过从细胞中移除成分来了解细胞过程，看看发生了什么（或没有发生什么）。为了探索PDAP1在甲型肝炎和综合应激反应中的作用，研究小组首先使用一种称为CRISPR-Cas9的分子“剪刀”从培养的肝细胞中“敲除”或移除PDAP1。他们还在甲型肝炎小鼠模型中删除了PDAP1基因。

当暴露于病毒时，缺乏PDAP1的肝细胞无法支持其复制。这些小鼠对甲型肝炎感染也有完全的抵抗力。没有PDAP1，病毒就不能利用这种蛋白质在应激反应中的作用，也不能产生自身复制所必需的蛋白质。

与这一发现相关的是研究人员对综合应激反应的新理解。当暴露于毒素时，缺乏PDAP1的小鼠无法对压力产生通常的反应。缺乏pdap1的肝细胞开启了负责综合应激反应的基因，但不能产生它们编码的蛋白质。这些结果表明，PDAP1在应激肝细胞的存活中起着至关重要但此前未知的作用。

这两项主要发现使研究人员得出结论，PDAP1不仅是甲型肝炎病毒复制的棋子，而且在维持肝细胞产生细胞蛋白的能力方面也起着关键作用，而这些细胞蛋白是在严重的代谢或感染压力下生存所必需的。

莱蒙说：“我们现在知道，这种蛋白质是细胞在压力条件下用来表达特定蛋白质子集的特殊程序的一部分。”“甲型肝炎可以篡夺这个程序——这个蛋白质——来制造自己的蛋白质来复制并成功感染肝细胞。我们发现，当我们敲除PDAP1时，这种病毒就不能再利用这种特殊的程序，也不能在肝脏内复制或引起炎症。”

PDAP1，传染病和癌症

随着人们对PDAP1及其在综合应激反应中的作用的了解越来越多，Lemon希望研究过度应激期下蛋白质产生和细胞存活的细胞生物学家能够注意到这些新发现，并更广泛地研究PDAP1。

由于综合应激反应是细胞命运的关键调节器，管理细胞死亡和生存之间的平衡，因此它经常被癌细胞利用来促进它们的增殖。这项最新的研究表明，通过研究病毒的工作原理，研究人员不仅可以了解与传染病有关的细胞机制，还可以了解与代谢疾病和癌症有关的细胞机制。