脂質在人冠狀病毒感染中的作用

張慧杰，董海榮

（1.內蒙古醫科大學，內蒙古 呼和浩特 010110；2.呼和浩特市第一醫院，內蒙古 呼和浩特 010030）

目前，已發現有7種冠狀病毒可感染人類，包括人類冠狀病毒229E（human coronavirus 229E，hCoV-229E）、中東呼吸綜合征冠狀病毒（middle east respiratory syndrome-related coronavirus，MERSr-CoV）、嚴重急性呼吸綜合征冠狀病毒（severe acute respiratory syndromerelated coronavirus，SARSr-CoV）、人類冠狀病毒OC43、人類冠狀病毒HKU1、人類冠狀病毒NL63及嚴重急性呼吸綜合征冠狀病毒2（severe acute respiratory syndrome coronavirus 2，SARSCoV-2）[1]。有研究結果顯示，脂質與病毒感染有關，尤其是甘油磷脂和膽固醇，在病毒感染中發揮重要作用[2-3]。脂質及其調節酶通過介導病毒膜融合參與、調節及控制病毒感染。以脂質為靶點阻斷病毒融合，抑制病毒侵入，是治療病毒感染的一個新策略。本文擬對脂質在冠狀病毒感染中的作用作一綜述。

1 脂質在冠狀病毒感染中的作用

病毒在與目標宿主細胞的結合過程中，首先與細胞受體相互作用，在質膜處以內吞途徑將病毒包膜與細胞膜融合，隨后將其遺傳物質傳遞到細胞內。膜融合依賴于雙膜囊泡和其他膜結構的參與，如細胞器膜。膜脂質成分主要由甘油磷脂及膽固醇組成，如磷脂酰膽堿（phosphatidylcholine，PC）、磷脂酰乙醇胺（phosphatidylethanolamine，PE）及磷脂酰肌醇等。不同的病毒需要特定的磷脂成分才能形成最適合其復制的細胞器，從而協助病毒感染細胞[2]。因此，脂質是冠狀病毒感染過程中膜融合的關鍵因素。此外，脂質可作為包膜病毒在細胞表面的直接受體，產生各個階段中病毒感染所需的能量等物質[4]。脂質還可圍繞在病毒最外側組成包膜，在病毒入侵宿主細胞的過程中保護病毒結構的完整性。

2 冠狀病毒感染人體的過程中脂質的變化

YAN等[5]發現，在hCoV-229E感染的細胞中鑒定出24種脂質，主要為溶血磷脂和脂肪酸兩大類，其含量在被病毒感染的細胞中明顯上調，其中包括溶血磷脂酰膽堿（lysophosphatidylcholine，lysoPC）、溶血磷脂酰乙醇胺（lysophosphatidylethanolamine，lysoPE）、花生四烯酸（arachidonic acid，AA）、亞油酸（linoleic acid，LA）、C-16抗血小板激活因子及磷脂酸在內的7種具有代表性的脂類已被確認，見圖1。YAN等[5]還發現LA和AA在高致病性MERSr-CoV復制過程中的抑制作用被保留。然而，體外實驗結果顯示，在被冠狀病毒感染的細胞中補充LA和AA可顯著抑制HCoV-229E和高致病性MERSr-CoV的復制[6]，這可能是因為外源補充的LA和AA可能會干擾宿主細胞LA-AA代謝軸而影響病毒復制。由此可見，病毒感染細胞時并不是隨機干擾細胞脂質成分，而是會精確地調節和重排宿主細胞的脂質分布，達到一種利于病毒侵入的平衡、穩定的狀態。此時，任何破壞平衡的外源性操作都可能干擾病毒侵入。

圖1 病毒感染干擾LA-AA代謝軸的示意圖

2.1 磷脂

2.1.1 PC PC通過內質網定位酶催化途徑合成，該途徑是大多數哺乳動物細胞中PC生物合成的主要途徑。在酵母中，PC是在內質網質膜上通過PE甲基化產生的[7]。在被hCoV-229E感染的細胞中，PC是所有已識別脂質的主要類別，約占所有已識別脂質的60%，且在受感染細胞中持續升高[5]。VANCE等[8]推測，多種包膜病毒可能通過內質網-病毒復制室-內質網質膜處的反式PE甲基化來改變宿主脂質代謝，無需將酶在內質網重新定位，而是局部產生PC，這可能是PC在感染細胞中持續升高的原因。此外，PC也是一種有效的病毒抑制劑，可以抑制由多種病毒融合肽介導的合胞體的形成，進而阻礙病毒融合肽與宿主細胞的膜融合作用[9]。

2.1.2 PE PE可誘導各種細胞反應，但在人體內含量很低。ALTAN-BONNET等[10]的研究結果表明，冠狀病毒的復制會影響PE的生物合成，可能是在病毒復制器處積聚PE，作為病毒復制器的擴展底座，以利于這類病毒感染人類。

2.1.3 磷脂酰肌醇4-磷酸（phosphatidylinositol 4-phosphate，PI4P） PI4P是細胞內含量豐富的磷脂酰肌醇之一。宿主細胞被包膜病毒感染后，PI4P水平會明顯升高。PI4P脂類作為氧化甾醇結合蛋白的錨定物，驅動氧化甾醇結合蛋白介導的病毒復制器中的膽固醇積聚，增加病毒的肽結合力[11]。此外，PI4P結構域和磷脂酰肌醇4，5-二磷酸結構域對細胞正常的內吞轉運很重要，通過對二者的雙標記發現，這2種結構域分別定位于晚內切體和早內切體，且與冠狀病毒感染相關[12]。

2.2 脂肪酸

LA和AA均屬于多不飽和脂肪酸，可以被代謝成二十烷酸及其代謝物，在宿主免疫應答和冠狀病毒感染的發病機制中發揮多重作用[13]。LA和AA均是細胞膜的關鍵成分，可通過調節酶、離子通道、受體以及炎癥反應，在許多組織中發揮基本的生物學功能[2]。有研究結果顯示，AA在被hCoV-229E感染的細胞中和所有已鑒定的脂類中的變化最大，其最大變化倍數為7.1倍[5]。LA-AA代謝軸是冠狀病毒感染中最易受干擾的代謝途徑，調節宿主細胞中脂質代謝、脂質重排或其他過程，見圖1。

2.3 膽固醇

宿主細胞膜的脂質組成決定了冠狀病毒感染過程中膜融合的效率。膽固醇廣泛存在于宿主真核細胞膜上，是病毒膜融合過程中的靶點之一。細胞膜中的膽固醇可改變膜結合肽的寡聚狀態，改變病毒融合肽與宿主膜組織的結合力[14]。此外，鞘脂的不飽和碳鏈降低了范德華力與細胞膜中磷脂的不飽和?；湹南嗷プ饔?，膽固醇可以填補鞘脂的結合間隙，通過減少形成融合中間產物所需的能量來促進膜融合[15]。有研究結果顯示，膜膽固醇對肽結合力和組織的影響會隨膽固醇濃度的不同而不同。病毒融合肽與宿主膜結合親和力會隨著膜中膽固醇濃度的升高而增加[16]。因此，在冠狀病毒與宿主細胞的膜融合過程中，膽固醇是增加結合力的關鍵，可促進病毒感染宿主細胞。

3 冠狀病毒感染中脂質調節酶的活性

3.1 胞漿型磷脂酶A2α（cytoplasmic phospholipase A2 alpha，cPLA2α）

cPLA2α是一種關鍵的脂質加工酶，屬于磷脂酶A2超家族，與雙膜囊泡的形成和冠狀病毒的感染密切相關。病毒感染宿主細胞后，cPLA2α被激活，通過膜相關甘油磷脂sn-2位點的裂解產生溶血磷脂和脂肪酸，是宿主細胞內脂質代謝變化的主要原因[17]。磷脂酶A2-ⅡD是一種通過脂質介質表達的酶，主要通過促炎、促分解等作用調節免疫應答，會導致冠狀病毒感染的小鼠預后惡化[18]。吡咯烷-2和花生四烯醇三氟甲烷可作為cPLA2α的2種抑制劑。采用透射電鏡觀察，使用該抑制劑可使被病毒感染的細胞中雙膜囊泡的形成明顯減少，進而抑制病毒與宿主膜融合[2]。值得注意的是，cPLA2α抑制劑是直接抑制病毒感染而不是延遲反應。

3.2 磷脂酰肌醇4-激酶β（phosphatidylinositol 4-kinase beta，PI4Kβ）

病毒非結構蛋白刺激PI4Kβ在復制細胞器處積累，在局部產生大量PI4P。 DOROBANTU等[19]通過研究小核糖核酸病毒證實，PI4P可作為甾醇蛋白的錨，逆濃度梯度將膽固醇從內質網運送到高爾基體，介導膽固醇累積，進而增加該病毒的融合效率。除此之外，PI4P還是磷脂酰肌醇4，5-二磷酸的前體，也是膜轉運和代謝的關鍵調節因子。DOROBANTU等[20]在研究丙型肝炎病毒時發現，磷脂酰肌醇4，5-二磷酸通過膜接觸蛋白介導具有脂質轉運功能的效應蛋白的膜募集。

3.3 甾醇調節元件結合蛋白（sterol regulatory element binding protein，SREBP）

SREBP是一類轉錄因子，也是脂質生物合成的調節因子，還是一種抗病毒脂質效應劑[21]。細胞膜中膽固醇濃度的動態平衡依賴于SREBP。當細胞內膽固醇減少時，可激活甾醇調節元件結合蛋白裂解激活蛋白（sterol regulatory element binding protein cleavageactivating protein，SCAP），SCAP與SREBP形成復合物，在甾醇耗盡的條件下，這種SREBPSCAP復合物被運輸到高爾基體，由site-1蛋白酶和site-2蛋白酶將SREBP切割成成熟的轉錄因子形式，再與固醇調節元件結合，激活編碼膽固醇合成的酶和低密度脂蛋白受體基因的轉錄[22]。當胞內膽固醇濃度較高時，SCAP不再運送SREBP到高爾基體進行蛋白裂解，并且細胞核內SREBP 氨基端結構域發生降解，膽固醇合成停止。因此，該信號傳導通路中任一環節的變化均會導致固醇代謝紊亂，影響病毒融合肽結合。

3.4 膽固醇25-羥化酶（cholesterol 25 hydroxylase，CH25H）

CH25H是一種宿主限制因子，主要作用是催化膽固醇氧化成25-羥基膽固醇，其在抑制病毒感染中起重要作用。有研究結果顯示，25-羥基膽固醇通過控制過度表達的甾醇生物合成途徑，使SREBP-SCAP復合物在內質網中保留，抑制膽固醇的生物合成[23]。因此，CH25H是膽固醇的抑制劑，又通過膽固醇影響病毒融合肽結合力，又被認為是病毒的抑制劑。

3.5 枯草芽孢桿菌表面蛋白

枯草芽孢桿菌表面蛋白最初被發現于枯草芽孢桿菌中，是一個由七肽和脂肪酸組成的環狀分子，其結構與楔形脂的特征一致：由2個酸性氨基酸殘基形成1個相對較大的親水頭，而長鏈脂肪酸形成1個相對較小的疏水尾；將楔形脂質插入外膜小葉，可穩定正曲率，降低膜融合的可能性[24]。熱力學實驗結果表明，少量枯草芽孢桿菌表面蛋白的加入阻礙了層狀相脂質負曲率的形成，表明枯草芽孢桿菌表面蛋白是一種膜融合抑制劑，可顯著降低病毒與細胞膜融合的速度[25]。

4 脂質對冠狀病毒膜融合抑制肽活性的影響

冠狀病毒的感染需要病毒尖峰蛋白，該蛋白附著在細胞受體上，經過蛋白酶水解裂解后，融合催化區暴露七肽重復序列2（heptapeptide repeat 2，HR2）肽，形成反平行的螺旋束，將病毒與宿主細胞連接起來，隨后其疏水端“融合肽”部分嵌入靶細胞膜[26]。冠狀病毒尖峰蛋白經過蛋白水解形成以HR2肽為靶點的融合中間產物（融合抑制肽），融合抑制肽是病毒融合催化區的膜近端部分中高度相似或相同的肽，HR2肽與融合抑制肽結合后，干擾融合催化區（HR2肽）的活性，阻斷病毒融合過程[27]。而且，HR2肽僅與融合抑制肽結合，不與融合前和融合后的尖峰蛋白結合。由此可見，HR2肽與由蛋白酶引導的尖峰蛋白轉化成的融合抑制肽結合是其發揮抗病毒作用的關鍵，可阻止冠狀病毒感染宿主細胞。

脂質能顯著提高HR2肽的抗病毒活性，并能提示脂化的HR2肽在融合抑制肽的位置累積。脂化的融合抑制肽若定位于病毒融合部位，可保護宿主細胞免受冠狀病毒感染[28]。有研究結果顯示，在MERSr-CoV感染的細胞中，膽固醇標記的HR2肽會抑制MERSr-CoV進入宿主細胞，這提示脂化的HR2肽有較高的抗病毒活性[29]。

5 小結

有關冠狀病毒感染的脂質及其相關調節酶的代謝變化、作用見表1。目前，治療冠狀病毒感染、研發抗病毒藥物、有效緩解臨床癥狀及降低藥物的副作用仍是相關學科的研究熱點。對高度保守的RNA病毒具有廣譜抗病毒作用的藥物的靶點仍然很少。在冠狀病毒感染中，病毒融合反應涉及許多方面，如病毒尖峰蛋白融合催化區、蛋白酶、脂質成分、離子環境等。脂質代謝途徑可能是治療冠狀病毒感染的一個有價值的靶點。將脂質組學與生物學、免疫學結合，探索病毒感染的特定致病機制，發現新的治療策略，將是未來抗病毒研究的重要方向之一。

表1 脂質及其相關調節酶在冠狀病毒感染中的變化和作用