PLoS Pathog. | 华中农业大学曹胜波、叶静团队揭示日本脑炎病毒劫持神经元核苷酸代谢的新机制

近日，华中农业大学动物媒介病原学团队在日本脑炎病毒复制与致病机制方面取得新进展，相关成果以“Japanese encephalitis virus hijacks the host purine biosynthetic network to promote viral replication in neurons”为题发表于国际病原学期刊《PLoS Pathogens》。研究团队揭示了日本脑炎病毒（JEV）感染能够主动诱导神经元开启原本处于低活性的嘌呤从头合成网络，并协同激活磷酸戊糖途径非氧化分支和一碳代谢，为嘌呤从头合成提供原料，从而满足其嘌呤偏向性RNA基因组复制的需求，为JEV等嗜神经病毒的治疗提供了重要分子靶标。

日本脑炎病毒（JEV），是重要的蚊媒嗜神经正黄病毒，常年威胁公共卫生安全。全球每年约6.8万病例，病死率高，且30%–50%存活者会遗留终身神经后遗症。该病毒以猪为中间扩增宿主，造成母猪流产、公猪睾丸炎，给生猪产业带来重大经济损失。目前，针对JEV感染缺乏特效抗病毒药物的问题，临床治疗仅限于支持性护理。近年来的研究揭示，许多病毒会通过“劫持”宿主细胞的代谢网络来获取自身复制所需的能量与物质。然而，JEV如何在神经元这一代谢高度特化的细胞中获取资源，特别是其如何解决大量合成自身RNA基因组所需的核苷酸原料问题，仍不清楚。

针对这一重要科学问题，研究团队利用非靶与靶向代谢组学、单细胞转录组学、基于稳定同位素示踪的代谢流等技术开展系统研究，取得如下发现：

1. JEV感染广泛重塑鼠脑代谢

研究团队通过对JEV感染小鼠大脑的转录组和代谢组学联合分析发现，JEV感染引发了鼠脑广泛的代谢重塑，中心碳代谢和核苷酸代谢是其中受影响最显著的通路。进一步在感染JEV的N2a神经元细胞进行靶向代谢组学分析验证，证实了TCA循环、糖酵解、磷酸戊糖途径和核苷酸相关的多种代谢物丰度发生显著变化。

2. JEV重编程神经元核苷酸代谢，启动嘌呤从头合成支持病毒复制

为满足自身RNA复制需求，JEV能够主动重塑神经元细胞核苷酸代谢。利用[U-13C]葡萄糖进行代谢流示踪，研究团队发现JEV感染显著增强糖酵解和TCA循环代谢流，并促进葡萄糖来源碳进入核苷酸合成通路。特别是IMP、AMP和GMP等核苷酸的¹³C M>5标记丰度增加，为JEV诱导神经元核苷酸从头合成增强提供了直接证据。进一步研究发现，JEV感染显著上调嘌呤从头合成通路关键酶（如GART、PFAS、IMPDH等）。通过抑制IMPDH或GART，能够显著抑制JEV的复制水平，而补充鸟苷或次黄嘌呤可恢复病毒复制，证明JEV复制高度依赖宿主嘌呤从头合成途径。

3. JEV依赖磷酸戊糖途径非氧化分支和一碳代谢提供合成原料

嘌呤环结构的形成需要大量小分子原料，磷酸戊糖途径是核糖-5-磷酸的主要来源。研究团队发现，与多种病毒不同，JEV的复制主要依赖该途径的非氧化支路（关键酶TKT介导），而非传统认为的氧化分支，敲除TKT基因可显著抑制病毒复制。嘌呤从头合成还需要一碳单位（甲酰基）来构建嘌呤环。研究团队发现，线粒体一碳代谢的关键酶MTHFD2在JEV感染后被显著上调。使用特异性抑制剂DS18561882或敲除MTHFD2均能显著抑制JEV复制，而这种抑制可被甲酸盐或次黄嘌呤挽救。这揭示了JEV通过MTHFD2劫持宿主一碳代谢来获取合成嘌呤所必需的甲酰基，MTHFD2是JEV复制的重要代谢节点。

4. 靶向嘌呤从头合成途径对感染小鼠具有治疗作用

为评估靶向嘌呤从头合成的体内治疗潜力，研究团队建立了JEV感染小鼠模型，并在病毒进入CNS后给予GART抑制剂Ag2037治疗。结果显示，Ag2037治疗能明显地延长小鼠的生存期，延缓感染进展。同时，Ag2037治疗降低了脑组织中的病毒载量，并减轻了神经炎症反应。

上述发现不仅深化了对JEV在代谢资源受限的神经元中高效复制机制的理解，也为开发针对日本脑炎及其他神经嗜性病毒的宿主靶向代谢干预策略提供了新的理论基础和试验依据。

JEV劫持神经元嘌呤从头合成促进自身复制的模式图

论文第一作者为华中农业大学动物科学技术学院、动物医学院博士研究生顾俊，华中农业大学动物科学技术学院、动物医学院叶静、曹胜波教授和上海兽医研究所丁铲研究员为共同通讯作者。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目资助。

https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1014335

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