近日，本團(tuán)隊(duì)在《Journal of Virology》上發(fā)表題為“Heat shock protein A1 inhibits the replication of foot-and-mouth disease virus by degrading viral RNA polymerase 3D through chaperone-mediated autophagy”的研究論文，揭示了熱休克蛋白A1（HSPA1）在FMDV感染中的抑制作用，為宿主-病毒互作提供了新視角，并為開發(fā)基于HSPA1/CMA的抗FMDV療法奠定了理論基礎(chǔ)。

文章摘要

口蹄疫病毒(FMDV)是一種嚴(yán)重危害偶蹄動物的單股正鏈RNA病毒。本研究揭示了HSPA1在FMDV感染中的抑制作用。通過調(diào)控HSPA1的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)其特異性靶向病毒RNA復(fù)制階段，通過伴侶介導(dǎo)的自噬(CMA)途徑降解病毒RNA依賴的RNA聚合酶(RdRp)3D蛋白。突變分析表明，3D蛋白的421QEKLI425基序是HSPA1介導(dǎo)降解的關(guān)鍵位點(diǎn)。阻斷CMA途徑可顯著促進(jìn)病毒RNA復(fù)制，而激活CMA則抑制病毒增殖。該研究不僅闡明了HSPA1在FMDV感染中的新機(jī)制，還為抗病毒治療提供了潛在靶點(diǎn)。

HSPA1抑制FMDV RNA復(fù)制階段機(jī)制示意圖

研究背景

口蹄疫病毒(FMDV)屬于小RNA病毒科，其RNA復(fù)制依賴非結(jié)構(gòu)蛋白3D(RdRp)的聚合酶活性。宿主細(xì)胞通過多種機(jī)制調(diào)控病毒復(fù)制，但宿主蛋白對FMDV 3D的調(diào)控尚未明確。熱休克蛋白(HSPs)作為分子伴侶，在病毒感染中發(fā)揮復(fù)雜作用:HSPA1(HSP70家族成員)已被報道促進(jìn)腸道病毒A71(EV-A71)的進(jìn)入和釋放，但其在FMDV中的作用未知。本研究旨在探究HSPA1是否通過靶向3D蛋白調(diào)控FMDV復(fù)制，并解析其分子機(jī)制。

結(jié)果展示

1.HSPA1抑制FMDV感染

過表達(dá)HSPA1的細(xì)胞中，病毒RNA水平和病毒滴度顯著降低，病毒結(jié)構(gòu)蛋白水平也受到抑制(圖1A-C)。相反，在敲低HSPA1的細(xì)胞中，病毒RNA水平和病毒滴度顯著增加，病毒結(jié)構(gòu)蛋白水平也相應(yīng)升高(圖1F-H)。這些結(jié)果表明HSPA1對FMDV感染具有顯著的抑制作用。

圖1 HSPA1抑制FMDV感染

2.HSPA1靶向病毒RNA復(fù)制階段

HSPA1的過表達(dá)顯著降低了病毒負(fù)鏈RNA的水平，表明HSPA1特異性地抑制了FMDV的RNA復(fù)制階段(圖2C-D)。然而，HSPA1對病毒5’UTR的翻譯效率沒有顯著影響(圖2H-I)，這表明HSPA1的作用主要集中在RNA復(fù)制階段。

圖2 HSPA1特異性靶向病毒RNA復(fù)制階段

3.HSPA1通過CMA途徑降解3D蛋白

免疫沉淀實(shí)驗(yàn)顯示HSPA1與3D蛋白直接結(jié)合(圖3E)。使用自噬抑制劑CQ處理細(xì)胞后，HSPA1對3D蛋白的降解作用被顯著抑制(圖4D)。進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)表明，HSPA1通過伴侶介導(dǎo)的自噬(CMA)途徑降解3D蛋白，而不是通過巨自噬途徑(圖4E-F)。經(jīng)激活或阻斷CMA途徑發(fā)現(xiàn)HSPA1主要通過CMA途徑介導(dǎo)3D蛋白的降解(圖4H-K)。

圖3 HSPA1對FMDV的3D蛋白具有降解作用

圖4 HSPA1通過分子伴侶介導(dǎo)的自噬(CMA)途徑促進(jìn)3D蛋白的降解

4.421QEKLI425基序是降解關(guān)鍵

突變分析顯示，421 QEKLl425 是 3D 蛋白中 HSPA1 通過 CMA 途徑識別的關(guān)鍵基序。突變該基序后， HSPA1 對 3D 蛋白的降解作用被顯著抑制(圖 5A-B )。此外， 3D 蛋白的前體 3BCD 也含有該基序，且 HSPA1 同樣能夠通過 CMA 途徑降解 3BCD (圖 5B )。

圖 5 阻斷CMA途徑促進(jìn)FMDV的復(fù)制

5.阻斷CMA途徑促進(jìn)病毒復(fù)制

敲低LAMP2A后，F(xiàn)MDV的RNA水平顯著增加，但病毒蛋白水平和病毒滴度沒有顯著變化(圖6A-C)。這表明阻斷CMA途徑可以促進(jìn)病毒RNA的復(fù)制，但對病毒的組裝和釋放沒有顯著影響。

圖6 阻斷CMA途徑促進(jìn)FMDV感染

結(jié)語

本研究揭示HSPA1通過CMA途徑選擇性降解FMDV 3D蛋白，抑制病毒RNA復(fù)制的分子機(jī)制。關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)包括：

1.靶向特異性：HSPA1通過多肽結(jié)合域直接結(jié)合3D蛋白，依賴ATPase活性促進(jìn)其降解，與HSP70的經(jīng)典功能一致。

2. CMA途徑的獨(dú)特性：與巨自噬不同，CMA通過識別3D的QEKLI基序?qū)崿F(xiàn)精準(zhǔn)調(diào)控，解釋了病毒RNA復(fù)制受限的分子基礎(chǔ)。

3. 治療潛力：激活HSPA1或CMA通路可能成為抑制FMDV的新策略，尤其針對3D蛋白保守基序的設(shè)計(jì)藥物具有前景。

與EV-A71中HSPA1的促病毒作用相反，本研究凸顯了HSPA1功能的病毒依賴性差異，可能與FMDV和EV-A71受體利用及復(fù)制策略不同有關(guān)。未來研究可進(jìn)一步解析HSPA1與3D的互作界面，并探索體內(nèi)靶向CMA的抗病毒效果。

蘭州獸醫(yī)研究所郭慧琛研究員和孫世琪研究員為該論文的通訊作者，任玫和周海纖為共同第一作者。本文由國家自然科學(xué)基金（32473012、32072859、32301127）、甘肅省科技重大專項(xiàng)（24ZDWA004）和甘肅省自然科學(xué)基金（23JRRA551、24JRRA012）資助。感謝國家留學(xué)基金管理委員會項(xiàng)目（項(xiàng)目編號：202203250012）的支持。

來源：蘭獸研防控技術(shù)團(tuán)隊(duì)

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