期刊: Viruses

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原文链接：https://www.mdpi.com/1999-4915/18/3/326

论文标题：Host Cell Central Carbon Metabolism and Cellular NAD+ Pool Regulate Efficient Replication of Vesicular Stomatitis Virus

1. 研究背景

水疱性口炎病毒（VSV）作为极有前景的溶瘤病毒，其复制效率与肿瘤靶向性深受宿主细胞代谢的影响。胶质母细胞瘤等癌细胞会发生中心碳代谢的显著重组，通过增强有氧糖酵解、提高谷氨酰胺利用、强化氧化还原平衡通路，满足持续增殖、生物合成与氧化还原稳态需求，但这类肿瘤特异性代谢特征如何影响VSV复制，尚未得到系统解答。近期，内布拉斯加大学林肯分校Kush K. Pandey博士团队在Viruses发表研究，以人胶质母细胞瘤A172细胞为模型，深入探究糖酵解、磷酸戊糖途径（PPP）、谷氨酰胺代谢及NAD⁺代谢对VSV复制的调控机制，明确病毒复制与宿主氧化还原代谢的相互作用，为优化溶瘤VSV治疗策略提供关键代谢理论支撑。

2.研究内容

VSV是一种有包膜的非分节段的负链RNA病毒，隶属于弹状病毒科，凭借广泛的细胞趋向性、快速复制动力学、简单基因组结构及人群中缺乏预存免疫等内在特性，成为溶瘤病毒疗法与病毒 - 宿主相互作用研究的强大实验系统。VSV自身无独立代谢系统，高效复制高度依赖于宿主细胞机制和资源，需重编程宿主代谢通路，为自身RNA合成、蛋白表达、病毒粒子组装释放提供能量。而胶质母细胞瘤等肿瘤细胞特有的代谢重编程，既为VSV复制提供了独特的代谢环境，也成为调控溶瘤病毒疗效的重要靶点。研究团队采用药理学抑制剂与基因干扰技术，系统解析核心碳代谢通路与VSV复制的关联。

2-脱氧-D-葡萄糖（2-DG）通过抑制糖酵解可呈剂量依赖性显著抑制VSV复制，病毒蛋白表达、感染细胞比例及子代病毒滴度均大幅下降，且该抑制效应并非归因于细胞毒性。同时，2-DG会破坏VSV G蛋白的N-连接糖基化，进一步降低子代病毒感染力，该现象在胶质母细胞瘤A172细胞与常用病毒扩增细胞BHK-21中均存在，说明VSV对糖酵解的需求没有细胞类型的特异性（图1）。

图1. 2-DG抑制糖酵解阻断VSV复制

在磷酸戊糖途径研究中，通过使用6-AN抑制PPP可显著抑制VSV复制，但抑制程度弱于糖酵解。使用外源性D-核糖补充恢复核苷酸前体供应，无法逆转6-AN的抑制效果，说明核苷酸合成受限并非是其抑制的主要原因（图2）；而选择性地耗竭PPP关键限速酶葡萄糖-6-磷酸脱氢酶（G6PD），反而显著增强了VSV复制，表明6-AN的抗病毒效应并非源于PPP抑制，可能涉及其他的细胞机制（图3）。

图2. PPP扰动对VSV复制产生负面影响

图3. G6PD的耗竭增强VSV在A172细胞中的复制

进一步研究机制证实，细胞NAD⁺池水平是调控VSV复制的核心因素。6-AN作为烟酰胺代谢抑制剂，会广泛消耗细胞内NAD⁺，补充烟酰胺（NAM）、烟酰胺核糖（NR）等补救途径补充细胞的NAD⁺前体，可有效恢复6-AN处理后受抑制的病毒复制；而补充色氨酸、烟酸等其他合成途径前体则无恢复效果。同时，烟酰胺磷酸核糖转移酶（NAMPT）抑制剂FK866呈现剂量依赖性地抑制VSV复制，补充NR能绕过NAMPT的限制来恢复病毒复制，直接证明NAD⁺可用性是VSV高效复制的关键决定因素（图4）。

图4. NAD+前体对6-AN介导的VSV复制抑制的影响

此外，谷氨酰胺代谢同样是影响VSV复制的重要因素。谷氨酰胺酶抑制剂（BPTES）通过抑制谷氨酰胺分解从而显著抑制VSV复制，且不影响细胞的活力，这表明胶质母细胞瘤依赖的谷氨酰胺代谢，能够维持线粒体功能与能量供给，补足病毒蛋白合成、子代组装所需的生物合成前体，以此支持VSV的高效复制（图5）。

图5. BPTES通过抑制谷氨酰胺分解途径抑制VSV复制

3. 研究总结

本研究明确VSV复制并非简单依赖代谢底物可用性，而是与宿主中心碳代谢深度相关（图6）。糖酵解、谷氨酰胺分解的抑制会显著阻碍病毒复制，PPP对病毒复制的影响则取决于细胞NAD⁺稳态而非核苷酸合成。从转化角度看，癌症治疗中针对糖酵解、谷氨酰胺代谢的干预手段，可能影响溶瘤病毒治疗效果，反之可通过精准调控宿主代谢，提升溶瘤VSV的肿瘤选择性与治疗安全性。

图6. 影响VSV复制的中心碳代谢途径总结

总体而言，本研究系统研究了宿主中心碳代谢对VSV复制的调控作用，突出了NAD+代谢在病毒-宿主相互作用中的关键地位，强调了肿瘤特异性代谢状态如何塑造病毒-宿主相互作用，为代谢靶向策略融入到溶瘤病毒疗法提供了重要理论依据。

4. 作者介绍

本研究由内布拉斯加大学林肯分校兽医与生物医学学院和内布拉斯加病毒学研究中心合作完成。通讯作者Bikash R. Sahoo，Asit K. Pattnaik博士和第一作者Kush K. Pandey博士长期致力于宿主代谢对病毒复制的调控机制研究。本研究由内布拉斯加大学林肯分校提供资金资助。

关于期刊 Viruses

Viruses (ISSN 1999-4915, IF 3.8, CiteScore 7.6) 创刊于2009年，是病毒学领域的国际开放获取期刊，专注于病毒感染、病毒分类、病毒-宿主互作、抗病毒治疗、噬菌体、病毒进化与基因组学等研究方向。期刊被 SCIE、PubMed、Scopus、MEDLINE 等权威数据库收录，最新影响因子3.8（JCR Q2），CiteScore 7.6（病毒学/传染病学 Q1）。西班牙病毒学会、意大利病毒学会、加拿大病毒学会等国际学术组织均与 Viruses 达成合作，会员可享受文章处理费折扣。期刊主页: https://www.mdpi.com/journal/viruses

Viruses 期刊介绍

主编：Eric O. Freed, Center for Cancer Research, National Cancer Institute, USA

期刊涵盖人类病毒和病毒疾病，动物病毒，植物病毒，病毒免疫、疫苗和抗病毒药物以及朊病毒等各方面研究，目前已被SCIE (Web of Science)、MEDLINE (PubMed) 等数据库收录。