《Journal of Invertebrate Pathology》：Atg5-mediated autophagy modulation shapes the outcome of Bombyx mori Nucleopolyhedrovirus infection in silkworms
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家蚕自噬基因Atg5在BmNPV感染中起促病毒作用，早期表达上调抑制病毒DNA积累，过表达则增强病毒复制。研究利用RNAi和重组 baculovirus 系统验证Atg5通过自噬途径调控病毒粒子表达和宿主存活，为蚕业抗病毒提供新靶点。
Nasir Mehmood | Mian Muhammad Awais | Wensheng Yu | Haixu Bian | Jingchen Sun
广东省农业动物基因组学与分子育种重点实验室，华南农业大学动物科学学院蚕桑工程技术研究中心，广州 510642，中国
摘要
自噬是一种关键的细胞过程，它调节宿主与病毒之间的相互作用，然而在家蚕感染家蚕核多聚hedrovirus (BmNPV) 期间其功能动态尚未完全了解。本研究探讨了自噬相关基因 Atg5 在家蚕感染 BmNPV 过程中的关键作用。Atg5 的表达模式显示，在感染早期（12–24 小时）显著增加，而在后期（48–72 小时）显著减少，无论是在 BmN 细胞还是幼虫组织中都是如此。通过 RNAi 干扰 Atg5 表达后，VP39 的表达显著降低，同时线粒体损伤减轻，宿主存活率提高。相反，过表达 Atg5 会导致 BmN 细胞中 VP39 的表达和病毒 DNA 含量显著增加，证实了 Atg5 对病毒复制的促进作用。此外，成功构建的一种具有稳定 Atg5 表达的重组杆状病毒在感染后使家蚕体内的 VP39 表达和病毒 DNA 积累显著高于对照组。总体而言，这些发现表明 Atg5 在 BmNPV 感染过程中通过促进自噬介导的病毒复制而具有促病毒作用。这项研究增进了我们对家蚕中自噬-病毒相互作用分子机制的理解，并为蚕桑业开发抗病毒策略提供了潜在靶点。
引言
杆状病毒是一类包膜双链 DNA 病毒，其基因组大小介于 80 至 180 kb 之间（Herniou 等，2003；van Oers 和 Vlak，2007）。研究表明，杆状病毒感染会改变宿主的能量代谢、信号转导、基因表达等生物机制，从而影响宿主反应和病毒复制（Hu 等，2023）。家蚕核多聚hedrovirus (BmNPV) 是一种专门感染家蚕的病原体，会导致全身性感染，进而引发蚕业重大经济损失（Yu 等，2017；Chen 等，2023）。生物技术的最新进展使研究人员能够采用多种方法研究 BmNPV 与其宿主之间的相互作用，取得了一些进展（Qin 等，2012；Wang 等，2017）。然而，其中涉及的具体机制仍不完全清楚。
自噬是一种通过降解细胞质成分来更新和回收细胞的细胞过程（Kaufmann 等，2014；Yang 和 Klionsky，2010）。自噬有助于调节细胞稳态，并对抗病原体入侵、营养缺乏或氧化损伤等压力（Jackson，2015；Kroemer 等，2010；Sharma 等，2018）。最近的研究表明，自噬通常作为一种抗病毒防御机制，促使某些病毒（如单纯疱疹病毒）发展出直接对抗这一过程的策略（Orvedahl 等，2007；Orvedahl 等，2010；Su 等，2014）。相反，降解性自噬也可以支持某些病毒（如蓝舌病毒）的复制和存活（Jordan 和 Randall，2012；Lv 等，2015；Wu 等，2017；Feizi 等，2017）。因此，不同病毒与自噬之间的相互作用可能存在显著差异。自噬的关键事件是自噬体的形成，这是一种双膜结构，能够包裹各种细胞质成分，包括受损的细胞器、脂质、蛋白质和蛋白质聚集体，最终与溶酶体融合。这种融合使溶酶体水解酶能够降解细胞质物质（Noda 和 Inagaki，2015；Glick 等，2010）。
目前已鉴定出 40 多个与自噬相关的基因（ATGs），其中大多数在哺乳动物中也存在对应基因（Ying 等，2016；Kaur 和 Changotra，2020）。Atg5 与 Atg12（一种类泛素修饰蛋白）共价连接，而 Atg5-Atg12 复合物进一步与多聚蛋白 Atg16 相连。这种 Atg5-Atg12-Atg16 复合物在自噬中起着至关重要的作用，自噬是所有真核生物中保守的主要降解系统（Matsushita 等，2007）。大量研究探讨了病毒感染与宿主自噬之间的联系。然而，关于 BmNPV 的相关报道非常少。例如，使用 3-甲基腺嘌呤 (3-MA) 抑制自噬可以显著降低多聚hedrin 的表达和多聚hedra 的产生，表明多聚hedrin 参与了自噬过程（Guo 等，2015）。我们最近的研究表明，BmNPV 通过诱导 Atg8 来触发自噬，从而增强其在家蚕卵巢细胞（BmN）中的复制（Fei 等，2024）。然而，Atg5 在 BmNPV 感染和复制过程中的作用仍不清楚。
本研究通过一系列实验（包括 RNA 干扰、透射电子显微镜 (TEM)、过表达载体和重组杆状病毒系统）探讨了 Atg5 基因在家蚕与 BmNPV 相互作用中的关键作用。这些发现进一步加深了我们对 BmNPV 病理机制的理解，并为预防病毒性疾病提供了潜在靶点。
小节片段
家蚕、细胞、病毒和质粒
家蚕（Dazao 品系）的饲养方法遵循我们之前的研究方案（Mehmood 等，2025a）。简而言之，幼虫在 28°C 的恒定温度下饲养，相对湿度保持在 60% 至 70% 之间，光照/黑暗周期为 12 小时/12 小时，并喂食新鲜桑叶。纯化的 BmNPV 存储在广东省农业动物基因组学与分子育种重点实验室。来自家蚕的 BmN 细胞系被维持病毒感染后 Atg5 的差异表达模式
BmNPV 感染后 Atg5 的表达模式具有时间依赖性，在感染早期（12 小时和 24 小时）上调，在后期（48 小时和 72 小时）下调，无论是在 BmN 细胞还是家蚕幼虫中都是如此。在 BmN 细胞中，感染后 12 小时（t = 6.127；df = 5；***P = 0.0001）和 24 小时（t = 2.387；df = 5；*P = 0.0382）Atg5 表达显著增加，而在 48 小时（t = 2.661；df = 5；*P = 0.0239）和 72 小时显著下调讨论
病毒感染会在宿主生物体内引发复杂的生化和生理反应。其中，自噬是调节宿主与病毒相互作用的关键途径。自噬参与 RNA 和 DNA 病毒的复制周期，根据不同情况表现出促病毒或抗病毒效应（Chiramel 和 Best，2018；Rodriguez 等，2017）。这一重要途径受到自噬相关蛋白的严格调控（Shibutani 等，2015；Bernard 等，2015）。
未引用的参考文献
Ke 和 Chen，2011；Lee 等，2007；Rodríguez 等，2017；Shelly 等，2009；Wang 等，2017a；Wang 等，2017b。CRediT 作者贡献声明
Nasir Mehmood：写作 – 审稿与编辑，撰写原始稿件，数据可视化，方法学，数据管理，概念构建。Mian Muhammad Awais：写作 – 审稿与编辑，撰写原始稿件，数据可视化，方法学，概念构建。Wensheng Yu：数据可视化，方法学。Haixu Bian：写作 – 审稿与编辑，撰写原始稿件，监督，概念构建。Jingchen Sun：写作 – 审稿与编辑，撰写原始稿件，监督资助
本研究得到了广东省基础与应用基础研究基金的支持（资助编号：2024A1515013018）。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的竞争性财务利益或个人关系。致谢
我们感谢华南农业大学的 Xia Junming 博士提供用于 Western blot 分析的 VP39 抗体。
