《Redox Biology》：Porcine Epidemic Diarrhea Virus Promotes Viral Replication via ROS/HIF-1α-mediated Glycolysis
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本文针对猪流行性腹泻病毒（PEDV）持续威胁养猪业的难题，揭示了病毒通过诱导线粒体功能障碍和活性氧（mROS）积累，稳定缺氧诱导因子-1α（HIF-1α），从而重编程宿主细胞代谢向有氧糖酵解（Warburg效应）转变。该代谢重塑不仅为病毒复制提供能量和原料，其副产物乳酸还抑制干扰素（IFNs）产生，形成免疫抑制微环境。研究阐明了PEDV利用代谢-免疫轴优化复制的机制，为开发靶向宿主代谢的抗病毒策略提供了新见解。
猪流行性腹泻病毒（PEDV）是一种高致病性冠状病毒，可引起仔猪严重肠道疾病，死亡率高，对全球养猪业造成重大经济损失。尽管已有疫苗和生物安全措施，但PED疫情仍反复爆发，表明当前防控策略效果有限。这凸显了深入理解病毒与宿主相互作用的迫切性，以期开发新的抗病毒策略。病毒作为专性细胞内寄生虫，需要劫持宿主细胞的能量和代谢资源来支持其快速增殖。因此，病毒感染常常干扰宿主代谢通路，触发中心碳代谢（包括糖酵解、磷酸戊糖途径和三羧酸循环）的重塑，以重新分配生物能量和生物合成资源。其中，有氧糖酵解（Warburg效应）是病毒感染中常见的代谢重编程现象，其特点是葡萄糖摄取和乳酸产生增强，在SARS-CoV-2、登革热病毒、丙型肝炎病毒（HCV）等多种病毒中均有报道。然而，PEDV如何重编程宿主细胞代谢，以及这种重塑如何反馈影响抗病毒防御，尚不完全清楚。发表在《Redox Biology》上的这项研究，旨在揭示PEDV调控宿主代谢促进自身复制的精细机制。
研究人员综合运用了靶向代谢组学分析、蛋白质印迹（Western blot）、定量实时PCR（qRT-PCR）、流式细胞术、线粒体膜电位（MMP）检测、ATP含量测定、透射电子显微镜（TEM）观察线粒体超微结构、线粒体活性氧（mROS）检测、免疫荧光 assay（IFA）以及小干扰RNA（siRNA）基因敲低和过表达质粒转染等关键技术方法。实验主要在猪睾丸（ST）细胞系上进行。
3.1. PEDV感染重编程宿主代谢向有氧糖酵解转变
通过靶向代谢组学分析，研究人员发现PEDV感染诱导了显著的代谢转变，其特征是糖酵解增强和线粒体TCA循环活性抑制。多个糖酵解中间产物（如果糖-6-磷酸、丙酮酸、乳酸等）显著增加，而TCA循环关键代谢物（如柠檬酸、苹果酸等）则明显减少。与此一致，PEDV感染显著上调了关键糖酵解调节因子（GLUT1、HK2、PFKM、PFKFB3、LDHA）的表达，增强了葡萄糖摄取，并显著提高了乳酸产量。这些结果表明PEDV感染重塑了宿主细胞代谢，使其转向有氧糖酵解。
3.2. PEDV感染激活HIF-1α信号通路以促进病毒复制
KEGG通路富集分析显示，HIF-1α信号通路是PEDV诱导代谢重编程中显著富集的通路之一。实验证实PEDV感染显著增加了HIF-1α的mRNA和蛋白水平。药理学实验表明，激活HIF-1α（使用DMOG）可增强PEDV复制，而抑制HIF-1α（使用KC7F2）则显著抑制病毒蛋白积累。这证明PEDV感染诱导HIF-1α积累，进而促进病毒复制。
3.3. PEDV感染损害细胞能量产生并诱导线粒体功能障碍
PEDV感染显著降低了细胞内ATP水平，并激活了能量应激信号（AMPK磷酸化增加，mTOR磷酸化减少）。进一步研究发现，PEDV感染导致线粒体DNA（mtDNA）拷贝数减少，线粒体膜电位（MMP）降低（线粒体去极化）。透射电镜观察显示PEDV感染引起线粒体体积减小、嵴结构破坏等超微结构异常。同时，线粒体动力学平衡向裂变倾斜（融合蛋白Mfn1/2、OPA1减少，裂变蛋白Fis1和p-DNM1LS616增加）。这些发现表明PEDV感染导致代谢能量赤字，并伴有线粒体功能障碍。
3.4. mROS依赖的HIF-1α稳定化有利于PEDV复制
PEDV感染导致线粒体活性氧（mROS）显著积累。使用抗氧化剂NAC清除mROS后，PEDV诱导的HIF-1α积累及其下游糖酵解靶基因HK2的表达被显著抑制，同时病毒复制也受到抑制。这表明PEDV诱导的mROS积累通过促进HIF-1α稳定化，进而增强糖酵解激活和病毒复制。
3.5. 糖酵解对PEDV复制至关重要，升高葡萄糖水平增强PEDV复制
抑制糖酵解通量（使用2-DG）或敲低关键糖酵解酶HK2，均能显著降低PEDV复制。相反，在高葡萄糖条件下培养细胞，PEDV的复制效率显著高于低葡萄糖条件。这表明糖酵解是PEDV复制所必需的，且葡萄糖可用性可调节病毒复制。
3.6. PEDV感染诱导的糖酵解抑制干扰素的产生
PEDV感染显著抑制了I型和III型干扰素（如IFN-β, IFN-λ1, IFN-λ3）以及干扰素刺激基因（ISG15, ISG56等）的表达，但促进了促炎细胞因子（如IL-6, TNF-α）的表达。抑制糖酵解（2-DG处理）或在低葡萄糖条件下，可恢复干扰素和ISGs的表达。这表明PEDV诱导的有氧糖酵解阻碍了抗病毒干扰素反应，有利于病毒免疫逃逸。
3.7. PEDV诱导的乳酸产生抑制干扰素反应并促进病毒复制
乳酸是糖酵解的关键终产物。过表达乳酸脱氢酶A（LDHA）加剧了PEDV对干扰素反应的抑制，而敲低LDHA或抑制LDH活性（使用Oxamate）则能恢复干扰素和ISGs的表达，并抑制病毒复制。外源性乳酸处理则能促进PEDV复制。这表明PEDV诱导的乳酸积累作为一种免疫代谢效应物，抑制抗病毒先天免疫，从而创造有利于病毒复制的代谢环境。
该研究得出结论：PEDV感染通过诱导线粒体功能障碍和mROS积累，稳定HIF-1α，驱动宿主代谢向糖酵解重塑，并导致乳酸大量产生。这一代谢-免疫轴不仅为病毒复制提供了有利的代谢环境，还通过乳酸抑制干扰素反应，实现了免疫逃逸。研究揭示了PEDV劫持宿主代谢的新机制，强调了靶向宿主代谢通路（如ROS/HIF-1α/糖酵解轴）作为对抗PEDV及相关冠状病毒的潜在治疗策略的重要意义。与某些其他冠状病毒（如猪德尔塔冠状病毒PdCoV）的代谢重编程策略不同，PEDV特异地利用了糖酵解-乳酸轴，这突出了冠状病毒间代谢调控的异质性，也为开发特异性抗病毒方法提供了思路。尽管该研究主要在细胞系中进行，其发现为在更复杂的体内模型和原代细胞中进一步验证奠定了基础，并为理解病毒-宿主代谢相互作用提供了重要框架。
