呼吸道病毒感染宿主遗传景观及广谱宿主导向疗法的发现

【字体: 时间:2025年05月16日 来源:Proceedings of the National Academy of Sciences 9.4

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  本综述聚焦呼吸道病毒的宿主遗传依赖机制,通过全基因组 CRISPR 筛选和知识图谱分析,揭示九种病毒共享的宿主基因网络,验证 STT3A/B 等为广谱抗病毒靶点,为开发抗多病毒的宿主导向疗法(HDT)提供关键依据。

  

研究背景与意义


呼吸道病毒是全球重要健康威胁,传统靶向病毒蛋白的疗法易引发耐药性。宿主导向疗法(HDT)通过作用于病毒依赖的宿主因子,有望突破病毒特异性限制,开发广谱抗病毒药物。本研究利用全基因组 CRISPR 筛选和先进数据分析,构建九种呼吸道病毒(包括流感病毒、冠状病毒等)的宿主基因依赖网络,挖掘共享通路及潜在药物靶点,为 HDT 的可行性提供关键证据。

研究方法与结果


单细胞筛选验证


研究对九种病毒开展 12 次全基因组 CRISPR/Cas9 筛选,通过向导 RNA 覆盖度、基尼系数等评估筛选条件,确认已知病毒受体(如 ACE2、ICAM1)为顶级宿主因子,验证了筛选的可靠性。主成分分析(PCA)显示,病毒宿主基因依赖模式存在聚类现象,如普通感冒冠状病毒与鼻病毒(HRV)在 PC1/PC2 轴共定位,而甲型流感病毒(IAV)等则聚集于另一侧,提示不同病毒家族的宿主依赖差异与共性。

网络整合分析


整合 1363 个病毒共享宿主基因,构建基于 Reactome 的功能互作网络,识别出多个关键复合物和通路:

  • V-ATP 酶复合体:介导细胞器酸化,对 IAV 等病毒入侵至关重要;
  • 寡聚高尔基体(COG)复合体:参与膜运输,被 SARS-CoV-2 等多种病毒利用;
  • hypusination 通路:通过修饰翻译起始因子 eIF5A 促进病毒复制;
  • N - 糖基化通路:由寡糖基转移酶(OST)复合体介导,其催化亚基 STT3A/B 为潜在广谱靶点。

OST 复合体的验证


通过定制 CRISPR 亚池筛选和单细胞基因干扰实验,证实 STT3A/B 基因敲除可显著抑制 IAV、HRV、副流感病毒(PIV)等的复制,且不影响细胞存活。化学抑制剂 NGI-1(OST 复合体抑制剂)在体外实验中显示对多种病毒的抑制活性,其有效浓度(EC50)远低于细胞毒性浓度(CC50),进一步支持 OST 作为广谱靶点的潜力。

讨论与展望


本研究构建了首个多病毒宿主遗传依赖网络,揭示 V-ATP 酶、COG 复合体等保守机制,为 HDT 提供了丰富靶点。尽管存在使用细胞系模型、未涵盖原代细胞等局限性,但通过 OST 抑制剂的成功验证,证明了基于宿主共享通路开发广谱药物的可行性。未来需结合类器官、动物模型深化研究,并探索宿主因子与病毒特异性疗法的联合应用,以优化治疗窗口并降低耐药风险。该研究为应对呼吸道病毒流行及新发大流行提供了创新策略。

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