猪δ冠状病毒（Porcine deltacoronavirus，PDCoV）是一种新出现的猪肠道致病性冠状病毒，其临床症状主要表现为急性腹泻、呕吐、脱水和死亡。迄今为止，已经在多个国家发现了该病毒，给养猪业造成了重大的经济损失。此外，已有报道表明PDCoV可以跨物种感染人、牛、鸡、鼠等动物，对人类和其他动物健康构成严重威胁，但目前PDCoV的感染和发病机制在很大程度上仍然是个谜。

病毒寄生在细胞内，依赖于宿主提供所需的能量和代谢物前体。了解病毒如何调节宿主新陈代谢机制，对于预防和控制病毒性疾病至关重要。今天和大家分享一篇来自华中农业大学肖少波教授团队于2024年发表在Redox Biology上的题为“Enteric coronavirus PDCoV evokes a non-Warburg effect by hijacking pyruvic acid as a metabolic hub”的文章，该研究阐明PDCoV感染会扰乱糖酵解、TCA以及谷氨酰胺酵解的代谢稳态，进而引发一种以丙酮酸积累为特征的非典型Warburg效应，为开发抗PDCoV药物提供新思路。（麦特绘谱提供能量代谢检测服务）

CCM知识小课堂

CCM（中心碳代谢）通常包括糖酵解、磷酸戊糖途径（PPP）和三羧酸循环（TCA），是能量和代谢物（如氨基酸、核苷酸和脂质等）合成前体的重要来源。

研究思路

图1. 技术路线图

研究结果

1. PDCoV引起CCM的显著变化

利用不同浓度的PDCoV感染猪回肠上皮细胞(IPI-2I)，在感染后的6、12、18和24小时(hpi)收集细胞进行TCID50检测。结果表明，与0.25MOI组相比，0.5和1MOI组在6、12和18hpi时均表现出更高的病毒滴度。通过能量代谢组学评估PDCoV感染对CCM的影响，发现糖酵解、三羧酸循环以及谷氨酰胺代谢产生了显著变化。

图2. PDCoV感染引起CCM的代谢变化

2. PDCoV降低TCA循环产生的能量

CCM作为能量的主要来源，其代谢稳态遭到破坏时通常伴随着能量的改变。在被感染的IPI-2I细胞中，ATP含量显著降低，使得ADP/ATP比率显著上升且OCR在12和18hpi时明显低于模拟感染细胞，在6、12和18hpi时基础呼吸和ATP显著减少，以上结果表明，PDCoV感染诱导线粒体损伤，导致TCA循环功能障碍。

图3. PDCoV感染导致能量代谢受损

3. PDCoV增加糖酵解衍生ATP的比例促进病毒增殖

病毒感染期间TCA循环受损通常会伴有活跃的糖酵解，PDCoV感染致使葡萄糖摄取减少，且细胞内乳酸水平显著下降。此外，葡萄糖的减少导致PDCoV的滴度、RNA拷贝数和病毒蛋白水平降低。通过2-DG（己糖激酶2[HK2]的竞争性抑制剂）处理或用半乳糖替代葡萄糖来破坏糖酵解，可抑制IPI-2I细胞中的PDCoV增殖。在12和18hpi时，PDCoV感染降低了OXPHOS衍生ATP的比例，但增加了glycoATP来补偿ATP缺陷，从而支持病毒增殖。

图4. PDCoV感染增加糖酵解衍生ATP的比例促进病毒增殖

4. PDCoV增强PK介导的丙酮酸合成代谢促进感染

PK（丙酮酸激酶）作为一种限速酶，催化磷酸烯醇丙酮酸和ADP转化为丙酮酸和ATP。为确定PDCoV如何诱导丙酮酸积累，对PK活性进行了测定，发现在12和18hpi时细胞的PK活性显著上调，导致丙酮酸积累和ATP产量增加。PKM由PKM1和PKM2组成，是PK的关键活性成分，使用PKM特异性小干扰RNA(siPKM)或PKM抑制剂(PKM2-IN-1)发现PKM表达和活性的下调可显著抑制PDCoV增殖。

图5. PDCoV激活PK促进病毒复制

5. PDCoV增强丙酮酸分解代谢为OAA促进增殖

上文提到了PDCoV增强PK介导的丙酮酸合成代谢以促进感染，就丙酮酸分解代谢是否也受到PDCoV的调节和利用也做了研究。在线粒体中，丙酮酸参与PDH催化的乙酰辅酶A（Ac-CoA）的合成和PC催化的草酰乙酸（OAA）的合成，使用UK5099（一种丙酮酸从细胞质转运到线粒体的抑制剂）、CPI-613（一种PDH抑制剂）、苯乙酸（PAA；一种丙酮酸羧化酶PC抑制剂）和PC特异性siRNA(siPC)破坏线粒体丙酮酸分解代谢。结果显示，UK5099、CPI-613、PAA和siPC抑制PDCoV增殖，表明线粒体丙酮酸分解代谢对PDCoV感染具有有益作用。此外，PDCoV感染对PC、PDHA1和PDHX蛋白表达水平没有明显影响，但显著降低了PDH酶活性，上调了PC酶活性。

图6. PDCoV促进丙酮酸分解为OAA

6. PDCoV促进Gln酵解，干扰Gln衍生的嘧啶合成抑制PDCoV增殖

与葡萄糖一样，Gln（谷氨酰胺）是CCM中提供能量并参与生物合成的关键碳源，谷氨酰胺酶、谷氨酸脱氢酶、天冬酰胺合成酶和谷草酰乙酸转氨酶在6、12和18hpi时上调，进一步表明PDCoV促进了Gln分解代谢。CAD（氨基甲酰磷酸合成酶2-天冬氨酸转氨甲酰酶-二氢乳清酶）和DHODH(二氢乙酸脱氢酶)是嘧啶从头合成的两个关键酶，CAD敲除和Brequinar（DHODH抑制剂）处理均显著降低了PDCoV滴度。

图7. 干扰Gln衍生的嘧啶合成可抑制PDCoV感染

研究结论

本研究表明，PDCoV能够干扰宿主中心碳代谢CCM的代谢稳态，引发以丙酮酸积累为特征的非warburg效应，通过增强丙酮酸合成代谢及提高糖酵解ATP的比例进一步利用糖酵解途径。此外，PDCoV感染细胞中丙酮酸分解为草酰乙酸和谷氨酰胺酵解促进氨基酸以及嘧啶的新生合成。为PDCoV与宿主CCM之间的相互作用提供了新的视角，对开发抗PDCoV药物靶点具有指导意义。

图8. PDCoV干扰CCM促进增值的过程

参考文献

Su G ,Liu J ,Duan C , et al. Enteric coronavirus PDCoV evokes a non-Warburg effect by hijacking pyruvic acid as a metabolic hub. Redox Biology. 2024

请扫描二维码阅读原文

绘谱帮你测

麦特绘谱能量代谢产品全面覆盖糖酵解、三羧酸循环及磷酸戊糖三大代谢途径，全面检测包含1-磷酸果糖、6-磷酸葡萄糖、丙酮酸、α-酮戊二酸、6-磷酸葡萄糖酸在内的多个关键代谢物质成分，协助客户深耕肿瘤/癌症、代谢性疾病、免疫疾病、神经系统性疾病、衰老、环境毒理学、中医中药等多个研究领域。

麦特绘谱开创性地搭建了医学领域高端代谢组学技术平台，覆盖了非靶向-全定量-代谢流等全方位的高端医学代谢组解决方案，同时全面布局微生物组学、转录组学和蛋白质组学等多组学技术服务，已成为全球多组学研究者的优选合作伙伴。麦特绘谱拥有Q1000，Q500、Q300、Q200和胆汁酸、短链脂肪酸、色氨酸及吲哚衍生物、多胺和TMAO类等各类小分子代谢物、非靶向代谢组学和同位素示踪代谢流技术等共40+系列检测方法；已为数百家三甲医院、科研院所和企业提供多组学解决方案，协助客户与合作伙伴发表SCI文章400+篇，累计影响因子4000+，平均IF＞10，包括Cell, Nature, Science, Cell Metabolism, Immunity, Gut, Hepatology, Microbiome等顶级期刊。

END