《Virulence》：Multi-omics dissection of metabolic hijacking: Infectious bronchitis virus orchestrates lipid-centric replication through PPAR-TGF-β crosstalk
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本研究通过整合转录组学、代谢组学和脂质组学分析，首次系统揭示了QX样传染性支气管炎病毒（IBV）通过激活PPAR和TGF-β信号通路，协同调控宿主脂质代谢重编程（包括PPP途径激活、脂肪酸合成增强和β-氧化抑制）以促进病毒复制的分子机制，为开发靶向宿主代谢的抗病毒策略提供了新视角。
全球代谢与脂质组重塑
通过LC-MS/MS技术对感染QX样IBV毒株的鸡输卵管组织进行非靶向代谢组学和脂质组学分析，揭示了显著的代谢重编程。正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）模型显示感染组与对照组代谢谱存在明显分离，模型验证指标良好，表明感染诱导了实质性的代谢改变。分析共鉴定出1198个差异丰度代谢物，通路富集分析显示嘌呤代谢、Warburg效应、磷酸戊糖途径（PPP）和蛋氨酸代谢等20条通路显著失调。脂质组学分析同样显示出明显的组间差异，共发现435个感染相关的差异脂质，其中甘油磷脂占主导地位，其次是鞘脂和类固醇衍生物。这些结果表明IBV感染与输卵管组织的广泛代谢和脂质重塑相关。
转录组谱揭示输卵管组织的深刻重塑
RNA测序产生了高质量的数据，主成分分析（PCA）清晰地区分了感染组和对照组。比较转录组分析鉴定出611个差异表达基因，其中507个上调，104个下调。基因本体论（GO）富集分析揭示了在生物过程、细胞组分和分子功能方面的50个显著富集术语，如免疫反应、G蛋白偶联受体信号传导和炎症反应。KEGG通路分析突出了细胞因子-细胞因子受体相互作用、Toll样受体信号通路等免疫相关通路。基因集富集分析（GSEA）进一步确定了35条代谢通路，表明感染过程中存在系统的代谢-免疫串扰。
IBV劫持磷酸戊糖途径以促进病毒复制
代谢组学分析发现IBV感染期间PPP和嘌呤代谢显著富集。层次聚类显示PPP代谢物普遍上调，而下游嘌呤核苷酸耗竭，嘌呤补救途径中间体却显著积累，提示病毒可能利用核苷酸补救途径。GSEA分析证实了PPP相关基因的协同上调以及嘧啶代谢成分的失调。核心基因集分析将TKT和TALDO1确定为高排名的PPP效应因子，qRT-PCR验证了它们被IBV转录诱导。功能实验表明，使用G6PD抑制剂6-AN阻断PPP通量可有效抑制IBV复制，而外源性添加PPP产物R5P可挽救病毒增殖，直接将PPP衍生的核苷酸前体与病毒适应性联系起来。这些发现描绘了IBV可能通过增强PPP通量以生成病毒RNA合成所需的R5P，并改变嘌呤稳态来确保病毒高效复制的代谢劫持策略。
脂质生物合成对IBV复制至关重要
GSEA结合差异表达谱分析揭示了脂肪酸代谢相关基因在IBV感染中的重要作用。qRT-PCR验证发现ACSL1、ACSL4和ACSL5的mRNA水平显著上调。值得注意的是，IBV诱导了编码ACC的ACACA基因的时间依赖性表达增加，同时显著抑制了CPT1A在感染后期的表达。功能实验表明，使用ACC特异性抑制剂ND-630处理可显著减弱IBV复制，而使用CPT1A抑制剂埃托莫西尔处理则矛盾地增强了病毒传播。这些结果确立了脂质合成代谢在支持IBV复制中的关键作用，而脂肪酸氧化则表现出抗病毒效果。IBV通过协同机制协调有利于脂质生物合成的代谢重编程：即上调ACC驱动的从头脂肪生成和ACSls介导的脂肪酸活化，同时抑制CPT1A依赖的脂肪酸β-氧化。
PPAR和钙信号通路的双重调控协调IBV诱导的甘油磷脂重塑
脂质组学分析确定甘油磷脂是IBV感染期间最主要的受扰动脂质类别，其中磷脂酰丝氨酸（PS）、磷脂酰胆碱（PC）和磷脂酸（PA）是主要的改变物种。GSEA分析发现甘油磷脂代谢通路显著富集。多组学整合分析将这些变化映射到特定的生物合成节点，表明IBV感染增强了CDP-二酰甘油（CDP-DG）活化，促进了心磷脂（CL）和磷脂酰肌醇（PI）的合成，同时抑制了磷脂酰甘油（PG）的产生；并诱导了以PE/PC耗竭和PS积累为特征的膜磷脂重塑。qRT-PCR验证证实了IBV驱动关键合成酶AGPAT2、PLPP1和PTDSS1的上调。机制研究发现PPAR信号通路和钙信号通路是中心调控通路。网络分析揭示了PPAR通路激活与甘油磷脂酶之间的强正相关性，以及钙信号抑制与甘油磷脂代谢成分之间的负相关性。PPAR靶标与钙调节因子之间的负相关提示通路间存在交叉抑制。
IBV感染激活胞质磷脂酶A2以促进脂质重塑和炎症
脂质组学分析显示IBV感染后溶血磷脂（Lyso-PLs）、花生四烯酸（AA）及其下游类二十烷酸显著上调。GSEA显示AA代谢通路显著富集，相关性分析发现PPAR信号组分与AA代谢相关基因呈强正相关。具体而言，PPARG与多个类二十烷酸生物合成基因如ALOX5、PLA2G4A、PLA2G6和PTGS2等表达协调。同时，GSEA发现了富集的细胞因子-趋化因子信号通路，促炎脂质介质与细胞因子之间存在强正相关。qRT-PCR验证证实了IBV诱导的PLA2G4A和PLA2G6的转录上调。功能实验表明，病毒感染诱导了细胞上清液中前列腺素E2（PGE2）分泌的显著增加，且选择性COX-2抑制剂SC-236能剂量依赖性地降低PGE2的产生。这表明IBV感染通过转录激活增强cPLA2活性，驱动磷脂重塑以产生促炎脂质介质，从而在病毒感染的脂质酶网络和免疫信号通路之间建立了分子桥梁。
TGF-β信号通路在IBV感染期间协调代谢-免疫串扰
GSEA分析显示IBV感染细胞中天然免疫通路显著激活，包括RIG-I样受体信号通路、Toll样受体信号通路和JAK-STAT信号通路。相关性分析表明天然免疫通路基因与代谢程序（特别是PPP、脂肪酸代谢和甘油磷脂代谢）之间存在强正相关。适应性免疫分析也发现了B细胞受体和T细胞受体信号通路的显著富集，并且它们同样与上述代谢通路相关。通过设定相关性阈值，鉴定出七个核心代谢基因与天然免疫通路具有广泛的连接性，而适应性免疫网络则围绕十七个代谢调节因子。鉴于TGF-β在多细胞调节中的多效性作用，研究发现其信号基因在IBV感染后显著上调，并且与天然和适应性免疫调节因子呈强负相关。同时，TGF-β组分与PPP和脂质代谢基因负相关，形成了一个以ACVR2B、EP300、SMAD3/9等为中心的调节枢纽。这些发现共同将TGF-β信号定位为在IBV感染期间抑制免疫激活同时微调代谢重编程的双向调节器。
病毒复制依赖于基础PPAR-γ活性，而TGF-β通路通过拮抗PPAR-γ发挥抗病毒作用
为了研究PPAR-γ在IBV复制中的作用，用其激动剂RSG或拮抗剂GW9662处理感染细胞。两种药物在实验剂量下均无显著细胞毒性，并能有效上调或下调PPAR相关代谢基因的mRNA水平，证实其对通路活性的调节。然而，病毒复制评估结果不对称：拮抗剂GW9662处理显著抑制了病毒复制，而激动剂RSG处理未能促进甚至轻微抑制病毒复制。这表明内源性PPAR-γ活性是病毒有效复制所必需的，但病毒复制可能处于接近最佳的PPAR-γ活性环境中，额外的药理学激活无法带来进一步益处。基于之前的组学数据提示TGF-β信号通路可能与PPAR-γ存在串扰，研究发现其特异性抑制剂SB431542处理能显著促进病毒复制。有趣的是，SB431542处理还显著上调了PPAR-γ的蛋白水平及其下游靶基因的转录，揭示了两条通路之间根本的拮抗关系。然而，当直接检测病毒感染对TGF-β通路核心信号事件——SMAD2磷酸化的影响时，观察到了更复杂的现象：与组学数据提示的“通路下调”相反，病毒感染显著增加了p-SMAD2水平，且这种感染诱导的p-SMAD2升高对SB431542的抑制不敏感。这表明病毒感染并非简单地抑制TGF-β通路，而是导致了其信号传导的功能性重编程，可能通过独立于经典受体激酶活性的方式异常稳定p-SMAD2。
讨论
本研究通过整合多组学分析，提供了IBV感染宿主反应的全面图谱，揭示了中心碳代谢和脂质代谢的协同重编程。数据显示IBV与几种哺乳动物冠状病毒类似，劫持核心宿主代谢通路，特别是诱导了类似Warburg效应的糖酵解转变并激活PPP。这种保守性显著延伸至脂质代谢，观察到PPAR信号通路的显著激活，这与SARS-CoV-2感染中的发现平行。除了这一保守主题，分析还揭示了IBV感染中一个可能独特的调控层：PPAR信号与TGF-β通路活性的功能耦合。多组学证据表明两条通路共激活，提出了一个模型，即IBV诱导的TGF-β信号以复杂的方式调节宿主环境，从而强化了PPAR驱动的脂肪生成程序。这种PPAR-TGF-β串扰似乎微调了代谢景观，使其更利于病毒复制而非宿主防御。联合代谢抑制和信号通路调节产生的强效抗病毒效应支持了这一整合网络的功能重要性。由这一中心轴协调的代谢重编程具有直接的功能后果。向甘油磷脂合成，特别是PS的脂质组学转变，支持病毒膜生物发生，并可能通过凋亡拟态机制促进病毒进入。同时，磷脂酶A2（PLA2）和下游类二十烷酸通路的激活——通过PGE2产生的显著增加得以量化——创造了一个促炎环境，直接将观察到的代谢重塑与免疫调节信号联系起来。本研究存在一些重要的局限性，包括需要在体内模型中验证已识别靶点的治疗潜力，以及需要通过遗传和靶向药理学扰动确立PPAR-TGF-β轴内的明确因果关系。总之，数据支持一个模型，即IBV通过协同激活PPAR信号和TGF-β反馈，触发以脂质为中心的宿主重塑，创造了一个有利于膜生物发生和病毒复制的微环境。
