J Virol.|仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院最新研究：牛病毒性腹瀉病毒如何“劫持”宿主糖酵解逃避免疫？

當(dāng)牛感染牛病毒性腹瀉病毒（BVDV）后，細(xì)胞內(nèi)乳酸水平持續(xù)上升，而I型干擾素（IFN-I）表達(dá)卻在達(dá)到峰值后迅速下降。這一現(xiàn)象長期困擾獸醫(yī)和病毒學(xué)研究者：病毒究竟如何在宿主細(xì)胞中既獲取能量，又抑制抗病毒免疫？2026年3月26日，《Journal of Virology》在線發(fā)表了題為《Pestivirus bovine viral diarrhea infection induces ROS-HIF-1α axis-driven glycolytic reprogramming which increases viral replication by impairing RIG-I-dependent type I interferon response》的研究論文。由仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院動物科技學(xué)院的徐義剛教授團(tuán)隊主導(dǎo)，聯(lián)合其他單位完成該工作，該研究系統(tǒng)闡明了BVDV通過ROS-HIF-1α軸驅(qū)動糖酵解重編程，進(jìn)而阻斷RIG-I/MAVS通路、抑制IFN-I產(chǎn)生并促進(jìn)病毒復(fù)制的分子機(jī)制。

BVDV感染引發(fā)糖酵解重編程：乳酸升高與IFN-I下降并存

研究首先在健康5月齡犢牛體內(nèi)驗證了代謝變化。實(shí)驗組犢牛通過鼻腔和口服途徑接種BVDV（10^5 TCID50），對照組為模擬感染。結(jié)果顯示，感染后血清乳酸濃度隨時間持續(xù)升高，而IFN-β mRNA水平約在36小時達(dá)到峰值，隨后顯著下降。

體外實(shí)驗使用MDBK細(xì)胞，以MOI=5感染BVDV后，觀察到葡萄糖消耗量增加，胞外酸化率（ECAR）在葡萄糖添加后和寡霉素處理后均顯著高于對照組。進(jìn)一步計算糖酵解能力和糖酵解容量，也呈現(xiàn)明顯提升。乳酸產(chǎn)量在感染后12-72小時持續(xù)增加，而IFN-β mRNA在24小時達(dá)峰后回落。細(xì)胞內(nèi)ATP水平在高糖和低糖條件下均下降，但補(bǔ)充外源ATP能顯著提高病毒RNA復(fù)制水平和病毒蛋白表達(dá)，表明BVDV復(fù)制高度依賴宿主能量供應(yīng)。

這些結(jié)果提示，BVDV感染誘導(dǎo)了宿主從氧化磷酸化向有氧糖酵解的代謝重編程，即經(jīng)典的“Warburg效應(yīng)”，為病毒復(fù)制提供原料，同時伴隨抗病毒信號的減弱。

HIF-1α是糖酵解重編程的關(guān)鍵驅(qū)動因子

研究團(tuán)隊接下來聚焦轉(zhuǎn)錄因子HIF-1α的作用。HIF-1α是細(xì)胞糖酵解的主要調(diào)控者，可上調(diào)GLUT1（葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1）、HK2（己糖激酶2）、PFKP（磷酸果糖激酶血小板型）和LDHA（乳酸脫氫酶A）等關(guān)鍵酶。

實(shí)驗顯示，BVDV感染后HIF-1α mRNA和蛋白水平呈時間依賴性升高，而羥基化HIF-1α（HIF-1α-OH）水平降低，表明HIF-1α不僅表達(dá)增加，還獲得穩(wěn)定性。免疫熒光和核質(zhì)分離實(shí)驗進(jìn)一步證實(shí)HIF-1α發(fā)生明顯核轉(zhuǎn)位。在高糖培養(yǎng)條件下，HIF-1α表達(dá)較強(qiáng)，低糖條件下則較弱。

為驗證功能，研究者用HIF-1α抑制劑PX-478或GLUT1抑制劑Fasentin預(yù)處理細(xì)胞。結(jié)果顯示，葡萄糖攝取減少，乳酸產(chǎn)生下降，IFN-β mRNA顯著上調(diào)，而病毒復(fù)制（通過qRT-PCR、Western blot和IFA檢測）被明顯抑制。同時，糖酵解相關(guān)蛋白GLUT1、HK2、PFKP、LDHA表達(dá)下調(diào)。這一系列數(shù)據(jù)明確指出，HIF-1α介導(dǎo)的糖酵解是BVDV促進(jìn)自身復(fù)制的核心環(huán)節(jié)。

ER應(yīng)激-ROS軸激活HIF-1α：病毒利用宿主應(yīng)激信號

HIF-1α的穩(wěn)定化從何而來？研究追溯到上游信號。BVDV感染激活內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激（ER stress），主要通過PERK通路：GRP78（ER伴侶蛋白）表達(dá)升高，p-PERK、p-eIF2α、ATF4和GADD34水平顯著增加，而IRE1α和ATF6通路變化不明顯。

使用ER應(yīng)激抑制劑4-PBA處理后，氧化應(yīng)激相關(guān)基因HMOX-1、TXN、PRDX-6表達(dá)下降，細(xì)胞內(nèi)ROS水平降低。ROS是穩(wěn)定HIF-1α的關(guān)鍵分子：ROS誘導(dǎo)劑H?O?處理可降低HIF-1α-OH水平，升高GLUT1、HK2、PFKP、LDHA表達(dá)；ROS清除劑NAC則相反，HIF-1α-OH升高，糖酵解蛋白表達(dá)受抑。細(xì)胞活力檢測（CCK-8）確認(rèn)所用抑制劑濃度對細(xì)胞活性無顯著影響。

這一發(fā)現(xiàn)揭示了BVDV如何將宿主防御性ER應(yīng)激轉(zhuǎn)化為自身有利條件：PERK-eIF2α軸一方面誘導(dǎo)應(yīng)激，另一方面通過GADD34促進(jìn)選擇性翻譯，使HIF-1α等適應(yīng)性蛋白得以表達(dá)，最終驅(qū)動糖酵解。

糖酵解通過HK2/MAVS/VDAC1復(fù)合物阻斷RLR信號

糖酵解不僅供能，還直接干預(yù)免疫信號。研究發(fā)現(xiàn)，BVDV感染促進(jìn)HK2、MAVS（線粒體抗病毒信號蛋白）和VDAC1（電壓依賴性陰離子通道1）形成三元復(fù)合物。該復(fù)合物競爭性阻斷RIG-I與MAVS的相互作用，導(dǎo)致下游TBK1和IRF3磷酸化水平降低，IFN-I產(chǎn)生受抑。

共免疫沉淀（Co-IP）實(shí)驗證實(shí)：過表達(dá)HK2或VDAC1可減弱RIG-I-MAVS結(jié)合；BVDV感染進(jìn)一步增強(qiáng)內(nèi)源性HK2-MAVS和VDAC1-MAVS相互作用，而poly(I:C)（RLR通路激動劑）可部分解除這一抑制。敲低HK2或VDAC1后，RIG-I-MAVS相互作用恢復(fù)，IFN-β mRNA和蛋白分泌增加，干擾素刺激基因（ISG20、ISG15、IFITM1、IFITM3、OAS1、MX1）表達(dá)上調(diào)。HIF-1α抑制劑PX-478也產(chǎn)生類似效應(yīng)。

高糖培養(yǎng)條件下poly(I:C)誘導(dǎo)的IFN-β表達(dá)弱于低糖條件，而HT-DNA（cGAS-STING激動劑）或LPS（TLR激動劑）誘導(dǎo)的IFN-β不受糖酵解影響，表明糖酵解特異性抑制RLR通路。

多重功能實(shí)驗證實(shí)糖酵解是病毒復(fù)制的必要條件

研究團(tuán)隊開展了系列干預(yù)實(shí)驗：線粒體丙酮酸轉(zhuǎn)運(yùn)抑制劑UK5099增強(qiáng)糖酵解，病毒復(fù)制增加；丙酮酸脫氫酶激酶抑制劑DCA則相反。缺氧（5% O?）條件下HIF-1α更穩(wěn)定，病毒復(fù)制升高；用半乳糖替代葡萄糖阻斷糖酵解后，病毒復(fù)制下降。在poly(I:C)預(yù)處理背景下，這些干預(yù)對p-IRF3和IFN-β的影響與預(yù)期一致。

乳酸作為關(guān)鍵代謝物進(jìn)一步抑制MAVS功能

糖酵解終產(chǎn)物乳酸發(fā)揮了獨(dú)立抑制作用。LDHA敲低或使用LDHA抑制劑鈉草酸（SO）后，乳酸產(chǎn)量下降，p-IRF3水平升高，IFN-β表達(dá)增加，病毒復(fù)制顯著受抑。外源補(bǔ)充乳酸則逆轉(zhuǎn)SO的抗病毒效應(yīng)。

生物素標(biāo)記乳酸拉下實(shí)驗直接證明乳酸能與MAVS結(jié)合，導(dǎo)致MAVS從線粒體向胞質(zhì)轉(zhuǎn)位，破壞RIG-I-MAVS復(fù)合物，進(jìn)而抑制IRF3磷酸化與核轉(zhuǎn)位，下游IFN-β及ISG表達(dá)全面降低。敲低乳酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白MCT1可阻斷外源乳酸攝取，恢復(fù)IFN-β水平并抑制病毒復(fù)制。

PDHA（丙酮酸脫氫酶A）敲低使丙酮酸更多轉(zhuǎn)向乳酸生成，IFN-β下降，病毒復(fù)制增強(qiáng)，進(jìn)一步佐證乳酸的促病毒作用。

研究意義：為BVDV防控提供代謝干預(yù)新思路

病毒感染激活ER應(yīng)激-ROS軸，穩(wěn)定并激活HIF-1α，驅(qū)動糖酵解重編程；糖酵解一方面通過HK2/MAVS/VDAC1復(fù)合物阻斷RIG-I信號，另一方面通過乳酸-MAVS結(jié)合進(jìn)一步抑制MAVS線粒體定位，最終全面抑制IFN-I產(chǎn)生，為病毒復(fù)制創(chuàng)造有利環(huán)境。這一機(jī)制不僅深化了對BVDV致病機(jī)制的認(rèn)識，也與黃病毒科其他成員（如HCV、DENV）已報道的代謝調(diào)控策略形成呼應(yīng)。雖然現(xiàn)有疫苗和清除持續(xù)感染牛的策略有效，但針對代謝通路的干預(yù)（如HIF-1α、HK2、LDHA或MCT1抑制劑）可能成為新型輔助治療手段。未來若結(jié)合同位素標(biāo)記葡萄糖示蹤實(shí)驗，可更精確量化糖酵解通量，為臨床轉(zhuǎn)化提供更堅實(shí)依據(jù)。

結(jié)語：代謝免疫學(xué)視角下的病毒防控新方向

BVDV是全球養(yǎng)牛業(yè)重要病原，造成的經(jīng)濟(jì)損失巨大。傳統(tǒng)防控側(cè)重于病毒本身，而本研究將目光轉(zhuǎn)向宿主代謝，揭示病毒如何“借力打力”，將宿主能量重編程為免疫抑制的工具。這一發(fā)現(xiàn)拓展了“代謝免疫學(xué)”在動物病毒學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。

對養(yǎng)殖實(shí)踐而言，未來或許可通過優(yōu)化飼料能量結(jié)構(gòu)或開發(fā)靶向代謝藥物的策略，降低BVDV感染風(fēng)險。對科研而言，它為理解其他RNA病毒的持久感染機(jī)制提供了參考。期待后續(xù)研究進(jìn)一步驗證這些靶點(diǎn)的安全性和有效性，助力BVDV防控邁向精準(zhǔn)化新時代。

注：文中插圖源于Journal of Virology，歡迎關(guān)注交流。

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