基础医学院程功团队发现一种进化保守机制促进蚊媒病毒感染与传播
2024/04/26
484以登革病毒、寨卡病毒、乙型脑炎病毒为代表的黄病毒（Flavivirus）由蚊虫携带并传播，每年导致数亿人感染、数十万人死亡，引起严重的公共健康问题。
蚊媒黄病毒的基因组均为单链正向RNA，其病毒基因组可直接作为mRNA使用，翻译成一条多聚病毒蛋白。随后，在病毒自身编码蛋白酶与宿主蛋白酶作用下，多聚蛋白被切割成相等量的多个结构蛋白和非结构蛋白。结构蛋白被组装到病毒粒子中并释放到细胞外；但大多数非结构蛋白仍滞留在细胞内，随着时间的推移发生积累并产生严重细胞毒性，导致感染细胞死亡。由于被感染宿主细胞的快速死亡不利于病毒高效率复制，对积累的多余非结构蛋白如何被清除的机制尚不清楚。
4月10日，清华大学程功团队在《美国国家科学院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America）杂志上发表题为“一种进化保守的泛素连接酶促进黄病毒的感染和传播”（An evolutionarily conserved ubiquitin ligase drives infection and transmission of flaviviruses）的研究论文，揭示蚊媒黄病毒（Mosquito-borne flavivirus）可基于一种进化保守的机制，利用宿主泛素化系统平衡病毒蛋白在宿主细胞内的稳态，从而使病毒在蚊虫和宿主细胞中实现高效率感染，该工作也为阻断蚊媒黄病毒感染和传播提供潜在的治疗靶点。
研究者首先利用双链RNA（dsRNA）介导的基因沉默技术在埃及伊蚊（Aedes aegypti）体内敲低110种E3连接酶，并研究对登革病毒感染的影响。研究结果显示，AAEL004697编码的E3连接酶HRD1（AaHRD1）能显著促进登革病毒及寨卡病毒在埃及伊蚊体内的感染。通过序列比对发现，HRD1在不同物种高度保守，致倦库蚊（Culexquinquefasciatus）中HRD1的同源基因可促进乙型脑炎病毒感染。同时，小鼠的HRD1同源基因是辅助登革病毒及寨卡病毒在哺乳动物宿主中感染的关键基因。
随后，研究者探究HRD1促进蚊媒黄病毒感染的分子机制。前期研究结果发现，蚊媒黄病毒非结构蛋白NS4A过度积累会对宿主细胞产生严重毒性，影响黄病毒多聚蛋白在内质网的加工与表达，从而抑制病毒感染。然而，HRD1能特异性与黄病毒非结构蛋白NS4A发生互作，导致NS4A上一个保守的赖氨酸位点发生泛素化修饰，并通过ERAD（内质网相关降解）途径将其降解。研究结果显示，HRD1通过ERAD途径降解NS4A，避免了NS4A过度积累引起的毒性，使被感染的蚊虫和哺乳动物细胞维持正常生理状态，最终促进病毒在细胞内的感染复制（图1）。
图1.HRD1促进黄病毒感染机制
LS-102小分子是HRD1的特异性抑制剂，也是用作治疗类风湿性关节炎等疾病的候选药物小分子。研究者发现LS-102能显著抑制登革病毒感染埃及伊蚊及AG6小鼠模型。最后，研究者利用“感染宿主-蚊虫”的病毒传播模型评估了LS-102小分子抑制剂对登革病毒传播的影响。结果显示，向感染小鼠腹腔注射LS-102可显著抑制登革病毒在小鼠模型上的感染，同时抑制病毒完成“宿主-蚊虫”的传播周期，大幅降低蚊虫的感染率（图2）。以上数据证明LS-102是一种潜在的阻抑黄病毒感染与传播的候选药物分子。
图2.HRD1抑制剂LS-102小分子可抑制登革病毒感染与传播
清华大学基础医学院教授程功为论文通讯作者，清华大学基础医学院博士后武琳娟为论文第一作者。合作者包括美国康涅狄格大学医学院教授王朋华，清华大学基础医学院助理研究员朱毅斌，深圳湾实验室传染病研究所助理研究员林财，清华大学基础医学院博士后冯胜勇，清华大学基础医学院2019级博士生张礼铭、2018级博士生陈璐、2023级博士生王刚。
研究得到科技部国家重点研发计划“病原学与防疫技术体系研究”、国家自然科学基金委“病原体与宿主基础科学中心”、深圳湾实验室科研项目基金、清华大学春风基金、云南省专家工作站、云南省科技厅创新团队项目、西南联合研究生院科技项目、万科基金、新基石科学基金、腾讯基金科学探索奖等项目联合资助。
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