在2015年和2016年,寨卡病毒(蚊媒病毒/蟲媒病毒)爆發並迅速在北美洲,中美洲和南美洲蔓延。蚊子攜帶病毒並在叮咬人類時傳播,孕婦特別容易感染。且該病毒可傳播至胎兒並感染神經細胞,從而導致先天性異常和新生兒發育延遲。但寨卡病毒是如何在神經發育細胞中引起疾病的仍然是個謎。

2020年7月21日,Nature Communication發表了由美國俄勒岡健康與科學大學(OHSU)、西北太平洋國家實驗室(PNNL)、國家警察局國家安全局處、美國加利福尼亞大學聖地亞哥分校醫學院、加拿大薩斯卡通薩斯喀徹溫大學和瑞士蘇黎世大學共同完成的寨卡病毒致病機制脂質組學研究分析。該研究發現脂肪相關/基質分子(fat-based molecular)鞘脂對寨卡病毒在人細胞中的複製至關重要

研究人員在學習寨卡病毒感染如何改變細胞的分子組成過程中,着重觀察脂質組分,因爲它們是構成細胞膜的各種分子的集合。有些病毒無法複製所需的所有脂質,因此它們也從宿主細胞中收集脂質。

研究重點

首先,科研人員發現,寨卡病毒在人細胞中感染需要一些基於脂肪的分子,這可能說明了該病毒爲何主要感染腦組織,特別是爲胎兒或新生兒感染提供線索。脂質是“油性”分子,是許多細胞結構(包括細胞膜)的重要組成部分。

基於此,美國能源部太平洋西北國家實驗室的研究人員聯合俄勒岡州健康與科學大學(OHSU)的同事們確定了鞘脂對寨卡病毒在人細胞中的複製至關重要(ZIKV會顯着改變宿主脂質的組成,其中最顯着的變化是鞘脂亞類)。

其次,通過全面的脂質組學研究,科研人員繪製了ZIKV感染期間脂質網絡圖。ZIKV NS4B蛋白的異位表達導致相似的變化,表明NS4B在調節鞘脂途徑中的作用。包括人類神經祖細胞在內的各種細胞類型中鞘脂生物合成的中斷均會阻止ZIKV感染。另外,研究人員也發現鞘脂神經酰胺重新分佈到ZIKV複製位點,並且通過多種途徑增加神經酰胺水平使細胞對ZIKV感染敏感。因此,科學家們確定了在ZIKV複製中具有關鍵作用的鞘脂代謝網絡,並表明神經酰胺通量是ZIKV感染的關鍵介質。

衆所周知,黃病毒基因組編碼三個結構蛋白(衣殼[C],包膜[E]和膜[prM])和七個非結構蛋白(NS1,NS2A,NS2B,NS3,NS4A,NS4B和NS5)。結構蛋白執行病毒生命週期的進入和膜融合步驟,而非結構蛋白則協同改造內質網膜以形成複製位點併合成病毒RNA。

那麼,細胞鞘脂的耗竭是否會抑制ZIKV傳播呢?實驗人員通過使用小分子抑制劑myriocin和fumonisin B1(FB1)來阻斷絲氨酸棕櫚酰轉移酶SPT和神經酰胺合酶CerS的活性,以確定ZIKV是否可以在不存在鞘脂的情況下複製。通過使用絲氨酸脈衝追蹤實驗證實了鞘脂合成的抑制作用,且病毒在此抑制條件下無法進行充分的複製(感染後24 h釋放到培養上清液中的感染性病毒顆粒減少了30倍,差異在72 h後增加到100倍以上),這從側面驗證了科研人員的猜想--細胞鞘脂的耗竭阻斷了ZIKV在人和非人靈長類動物細胞中的繁殖。

最後,研究人員發現,複製工廠中新的ZIKV RNA和蛋白質生產中的缺陷,而不是組裝或成熟,是導致鞘脂減少後病毒脫落減少的主要原因,也就是說,鞘脂的減少直接導致病毒RNA和蛋白質合成的減少,進而影響了病毒的合成或複製,其下游的組裝及脫落都將受到影響。

基於以上研究,科研人員指出,針對目前尚無Zika病毒的治療方法或疫苗的現狀,調節這些脂質分子可能成爲開發寨卡病毒感染潛在藥物的靶標。

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