揭秘尼帕病毒感染人体细胞的多组学 “密码”：为抗病毒治疗点亮新曙光

《Cell Reports》：Multi-platform omics analysis of Nipah virus infection reveals viral glycoprotein modulation of mitochondria

尼帕病毒（NiV）危害大且研究有限，本研究用多组学揭示其感染细胞变化，助力疗法设计。

　　

尼帕病毒的威胁与研究现状

在全球范围内，新兴人畜共患病毒感染带来的挑战日益严峻，尼帕病毒（Nipah virus，NiV）便是其中极具威胁的一种。它属于亨尼帕病毒属（Henipavirus），是一种需要生物安全等级 4 级（BSL - 4）防护的致命人畜共患病原体。自其被发现以来，NiV 几乎每年都会引发疫情，如 2018 年印度爆发的疫情，死亡率高达 94% 。尽管该病毒潜在危害巨大，但目前针对它的获批治疗方法和疫苗仍未问世。

NiV 的基因组为负义单链 RNA，包含六个基因，其感染过程涉及多个复杂步骤。病毒通过其附着糖蛋白（G）与宿主蛋白受体埃菲林 B2（ephrinB2）或埃菲林 B3（ephrinB3）结合，随后融合糖蛋白（F）等参与，使病毒进入细胞。进入细胞后，病毒基因组在相关蛋白作用下进行转录和复制。在感染后期，细胞表面的 NiV G 和 F 会促使细胞 - 细胞融合，形成多核巨细胞（syncytia）。而且，NiV 能利用高度保守的宿主细胞蛋白受体，感染多种哺乳动物，传播途径多样，可在人与人、人与感染牲畜（如猪）以及人与蝙蝠之间传播，主要感染人体的呼吸上皮、中枢神经系统（CNS）和主要器官的微血管内皮组织等部位。

研究方法：多组学技术的综合运用

为深入了解 NiV 感染人体细胞的分子机制，研究人员采用了多平台、高通量的转录组学、蛋白质组学、脂质组学和代谢组学方法。实验选用人胚肾细胞系（HEK293T），这是研究亨尼帕病毒感染、进入和组装的常用细胞系。

在实验设计上，将 HEK293T 细胞分为 mock 感染组和 NiV 感染组，感染复数（MOI）为 1，在感染后 4、8、12 和 16 小时（hpi）分别收集样本。研究人员利用辐照策略和代谢物、蛋白质和脂质提取（MPLEx）方法，实现样本完全灭活的同时保持分析物完整性，以便同时进行蛋白质组学、脂质组学和代谢组学分析；对于转录组学分析，则使用 TRizol 试剂处理感染细胞。

研究结果

1. NiV 蛋白的检测与感染进程：研究人员对感染过程中病毒和细胞蛋白的丰度进行了检测。虽然在 4 hpi 时也进行了评估，但首次检测到 NiV 蛋白肽的统计学显著变化是在 8 hpi，包括核蛋白（N）、磷蛋白（P）或其替代蛋白（V、W）、基质蛋白（M）和附着糖蛋白（G）。到 12 hpi 时，所有 NiV 蛋白都能被检测到，且此时首次收集到新的感染性病毒。细胞 - 细胞融合现象在 8 hpi 开始出现，12 hpi 时加剧，16 hpi 时大部分细胞融合。
2. 蛋白质组学分析：通过蛋白质组学分析发现，感染期间丰度增加的蛋白质在 12 hpi 和 16 hpi 有高度相似性。在细胞过程方面，RNA 加工、核糖核蛋白复合体生物发生、细胞呼吸、前体代谢物和能量生成以及线粒体翻译等过程显著上调；在细胞定位上，增加的蛋白质主要与线粒体、核糖核蛋白复合体、核腔、核仁以及剪接体复合体相关。相反，与胞质溶胶、外泌体和翻译相关的蛋白质在感染期间最易减少，如翻译、细胞分解代谢、信号识别颗粒（SRP）依赖的共翻译蛋白质靶向膜以及细胞周期等过程明显下调。

进一步利用 Reactome 数据库进行分析发现，在 16 hpi 时，NiV 感染相关的蛋白质组学变化影响众多细胞通路。其中，翻译相关蛋白总体丰度下降，但线粒体翻译机制蛋白明显增加，这或许能解释为何部分线粒体蛋白丰度相较于 mock 感染有所上升，暗示线粒体在支持病毒传播中可能发挥重要作用。3. 转录组学分析：转录组学分析显示，从 8 hpi 到 12 hpi 再到 16 hpi，细胞过程的变化愈发显著。在 16 hpi 时，与内质网（ER）应激反应相关的转录本表达增加，而与 DNA 复制和 G1/S 细胞周期转换相关的转录本减少。值得注意的是，蛋白激酶 R（PKR）的丰度逐渐降低，PKR 参与众多重要的应激和抗病毒反应途径，病毒可能通过多种机制对抗其抗病毒功能。同时，转录组学和蛋白质组学数据之间存在不一致性，表明转录后调控在塑造蛋白质组中起重要作用。4. 代谢组学和脂质组学分析：代谢组学和脂质组学分析表明，感染期间细胞的代谢和脂质谱发生了明显变化。在代谢组学方面，一些糖酵解产物、脂肪酸和单酰甘油发生波动，如 L - 谷氨酰胺和 L - 谷氨酸等几种氨基酸在 16 hpi 时明显下降；在脂质组学方面，感染期间多种脂质的丰度发生显著变化，如溶血神经酰胺和溶血磷脂增加，尤其是溶血磷脂酰肌醇的增加最为明显。通过脂质本体和富集工具（Lipid Mini - On）分析发现，不同时间点有不同类别的脂质富集或消耗。

综合多组学数据构建的代谢变化模型显示，葡萄糖水平在感染后呈现先下降后上升的趋势，同时甘油三酯（TG）水平在感染期间降低，伴随二酰甘油（DGs）、单酰甘油、脂肪酸、甘油和甘油 - 3 - 磷酸水平的增加，这些变化可能暗示 TG 分解代谢增加或糖酵解增强。5. NiV 糖蛋白对宿主细胞线粒体的影响：为探究 NiV 糖蛋白对宿主细胞的影响，研究人员进行了一系列实验。将 NiV 的 F 和 G 蛋白共转染到 HEK293T 细胞后发现，线粒体含量显著增加，且这种增加独立于合胞体形成。通过电子显微镜观察到，转染 FG 质粒的细胞中线粒体数量增多。进一步的蛋白质组学分析表明，F 和 G 共转染产生的线粒体蛋白列表与感染实验的蛋白质组学列表有广泛相似性，88% 的蛋白在感染 - 蛋白质组学列表中出现。然而，对转染细胞进行细胞呼吸测定发现，线粒体呼吸能力并未随线粒体含量增加而增强，这表明 NiV F 和 G 可能以非经典方式增加线粒体数量，且细胞增加线粒体数量可能是为应对病毒感染带来的压力，但线粒体功能并未相应提升。

研究讨论

本研究通过多组学方法对 NiV 感染细胞进行了全面分析，揭示了感染过程中细胞在转录、蛋白质和脂质水平的显著变化。这些变化涉及多个方面，为深入理解 NiV 的致病机制提供了重要线索。

在蛋白质水平，感染可能在转录后的多个环节影响蛋白质水平，如 mRNA 剪接、翻译以及 RNA 和蛋白质降解等。虽然整体蛋白质表达呈下降趋势，但线粒体蛋白却显著增加，这在负链单股病毒感染中较为罕见。研究推测，线粒体数量的增加可能是细胞对病毒感染应激的反应，但线粒体功能可能存在缺陷，无法增强呼吸能力。此外，研究还发现 NiV 感染与 RNA 剪接、凋亡抑制、小干扰 RNA（siRNA）生物合成抑制等过程相关，这些发现为进一步研究 NiV 与宿主细胞的相互作用提供了方向。

在代谢方面，代谢组学和脂质组学分析显示，感染期间脂质发生周期性波动，糖酵解相关蛋白表达变化复杂。例如，己糖激酶表达上调，可能是为了使葡萄糖磷酸化，防止其离开细胞，以便在感染过程中被利用；同时，一些糖酵解产物下游的氨基酸（如甘氨酸和丝氨酸）未被检测到，可能是由于 NiV 将氨基酸重定向用于核苷酸合成或其他细胞调节过程。

在免疫反应方面，NiV 通过多种方式抑制 I 型干扰素反应，如 V 蛋白抑制 RIG - I 通路，导致相关关键蛋白（如 TRIM25 和 TBK1）丰度降低。同时，研究还发现 MHC I 类蛋白和蛋白酶体亚基丰度的变化，这些变化对 MHC I 类功能和免疫反应的影响有待进一步研究。

研究的局限性与展望

尽管本研究取得了重要成果，但仍存在一些局限性。由于 BSL - 4 病原体和设施的限制，研究除了进行 NiV 感染实验外，还采用了 NiV 蛋白表达质粒的共转染模型。虽然感染和转染模型的蛋白质组数据集有相似之处，但两者可能存在潜在的机制差异，例如无法在转染模型中完全模拟真实病毒感染时所有病毒蛋白的表达比例和细胞内环境。此外，转录组学和蛋白质组学数据之间的不一致性也凸显了宿主对病毒感染反应的复杂性，需要进一步深入研究。同时，线粒体数量的计数可能存在主观性。

未来的研究可以针对这些局限性展开，进一步探究特定基因在感染过程中的作用，明确 NiV 糖蛋白增强线粒体蛋白的具体机制，深入研究转录后调控的详细过程以及其对病毒感染和宿主免疫反应的影响等。本研究为后续研究奠定了基础，有望推动针对 NiV 及相关病毒的治疗和预防策略的发展。