在PPRSV感染的情况下，过氧化还原蛋白5（Peroxiredoxin 5）的诱导通过抑制脂质生物合成来限制病毒的增殖

PRRSV感染诱导PRDX5表达，其通过抑制AMPK-ACC1通路降低脂质合成，阻断病毒释放阶段，揭示抗氧化蛋白介导的抗病毒新机制。

周彦荣|熊玉健|彭建明|陈梦涵|黄慧清|李晨宇|方柳荣|肖少波

中国农业大学兽医学院农业微生物国家重点实验室，武汉430070，中国

摘要

猪繁殖与呼吸综合征病毒（PRRSV）是一种具有全球重要性的动脉病毒，已知会引起伴有氧化还原失衡的呼吸系统疾病。在本研究中，我们观察到PRRSV感染后过氧化物还原酶5（PRDX5）的表达增加。PRDX5是唯一一种具有多功能特性的非典型2-Cys PRDX。在PRRSV编码的蛋白质中，非结构蛋白4被确定为最强烈的PRDX5表达诱导因子。进一步的研究表明，PRRSV感染或nsp4过表达诱导产生的活性氧（ROS）是导致PRDX5上调的原因，这代表了一种宿主防御机制，用于减轻过量的ROS生成。有趣的是，PRDX5的上调通过抑制AMPK-ACC1通路来抑制脂质合成，而AMPK-ACC1通路是脂肪酸生物合成的关键调节因子，这一过程独立于PRDX5的过氧化物酶活性。重要的是，PRDX5显著抑制了PRRSV的复制，而外源性添加脂质可以恢复病毒的复制能力，这表明PRDX5通过干扰脂质生成发挥其抗病毒作用。从机制上看，PRDX5通过拮抗病毒释放阶段来抑制PRRSV感染。这些发现强调了PRDX5作为对抗PRRSV感染的关键宿主因子的重要性，为从氧化还原角度制定抗病毒策略提供了新的见解。

引言

过氧化物还原酶（PRDX）家族包含超过3500个成员，在原核生物和真核生物中都作为抗氧化蛋白发挥作用1, 2。在哺乳动物中，该家族主要由六种蛋白质组成，分别命名为PRDX1-6。它们的N端保守的过氧化物还原半胱氨酸（Cys）残基（称为Cp）是过氧化物的氧化位点，在PRDX的催化活性中起着关键作用。Cp最初通过过氧化物酶反应被氧化成半胱氨酸亚砜（Cp-SOH），随后Cp-SOH与位于外部硫醇基团或同一多肽链中的还原型半胱氨酸（Cr）形成二硫键，最后再还原回Cp（3）。根据Cp-SOH的还原机制以及C末端是否存在Cr，过氧化物酶被分为三类：1-Cys（PRDX6）、典型的2-Cys（PRDX1-4）和非典型的2-Cys（PRDX5）（4）。值得注意的是，PRDX5是唯一一种在Cp氧化过程中形成分子内二硫键的非典型2-Cys PRDX。此外，与其他五种PRDX相比，PRDX5在真核细胞中的亚细胞分布更广，主要位于线粒体中，但也存在于过氧化物酶体和细胞质及细胞核中（3）。

作为一种对氧化还原状态敏感的蛋白质，PRDX5受过氧化物含量的调节5, 6。功能上，PRDX5通过清除过氧化氢、烷基过氧化物和过氧亚硝酸盐来保护细胞免受氧化应激的损害7, 8, 9。此外，它还与炎症反应10, 11和癌症进展13, 14有关。最近Kim等人的研究表明，PRDX5敲除小鼠对高脂饮食诱导的肥胖更为敏感，表现为体重增加、脂肪细胞肥大、肝细胞变性和血清甘油三酯水平升高（15）。这一发现提示PRDX5可能在脂质代谢中发挥作用。脂质对许多病毒的复制至关重要，尤其是包膜病毒，如严重急性呼吸综合征冠状病毒2型、裂谷热病毒、西尼罗河病毒、乙型肝炎病毒（HBV）、登革热病毒（DENV）和猪繁殖与呼吸综合征病毒（PRRSV）16, 17, 18, 19, 20, 21, 22，这暗示了PRDX5可能与这些病毒之间存在关联。尽管如此，PRDX5与病毒的相互作用仍大部分尚未被探索。

PRRSV是引起猪繁殖与呼吸综合征（PRRS）的病原体，是一种属于Nidovirales目Arteriviridae科的包膜单链RNA病毒（23）。PRRS主要表现为母猪的繁殖功能障碍和所有年龄段猪的呼吸系统疾病。自20世纪80年代末首次被发现以来，PRRSV已给全球养猪业造成了重大经济损失。迄今为止，针对PRRS的安全有效对策仍然缺乏，这主要是由于PRRSV具有高度的遗传变异性和强大的免疫逃逸能力（24）。因此，深入研究PRRSV的发病机制并阐明病毒-宿主相互作用对于开发有效的治疗和预防策略至关重要。

在本研究中，我们发现PRRSV感染期间PRDX5的表达水平上调。对PRRSV编码蛋白质的筛选显示，PRDX5的上调主要是由病毒的非结构蛋白4（nsp4）引发的。进一步的研究表明，PRRSV感染和nsp4过表达都会增加活性氧（ROS）的含量，从而导致PRDX5表达增加。此外，PRDX5还被证明通过AMPK-ACC1通路抑制脂肪酸合成，从而阻碍PRRSV的复制。这些发现揭示了一条涉及脂肪酸代谢、ROS-PRDX5-AMPK-ACC1的新抗PRRSV信号通路，为抗病毒药物的开发提供了有价值的靶点。

细胞与病毒

IPAM细胞是一种源自猪肺泡巨噬细胞的永生化细胞系，在添加了10%胎牛血清（FBS-S500，Newzerum）的RPMI-1640（SH30809.01，Hyclone）培养基中，于37°C、5% CO₂的潮湿培养箱中培养。PRRSV株WUH3（GenBank登录号：HM853673）是一种高度致病性的2型PRRSV，于2006年从中国出现“高热”综合征的猪脑中分离得到（25）。

质粒

编码非结构蛋白的

PRRSV感染和nsp4过表达后PRDX5表达增加

为了研究PRRSV感染后PRDX5表达的变化，将永生化猪肺泡巨噬细胞（IPAM细胞）（32）感染PRRSV 24小时（h）。Western blot分析显示，PRRSV感染后PRDX5蛋白的表达呈剂量依赖性上调（图1A）。随后，为了初步确定负责PRDX5上调的PRRSV编码蛋白，用紫外线灭活的PRRSV（UV-PRRSV）处理IPAM细胞，这种病毒缺乏

讨论

病毒作为专性细胞内寄生虫，依赖宿主细胞提供能量和感染所需的多种营养物质。脂质是三大营养素之一，既是能量的来源，也是膜成分的组成部分，对许多病毒的复制至关重要，尤其是包膜病毒。研究表明，许多病毒会操纵宿主的脂质代谢以建立有利于其复制的环境。例如，人类巨细胞病毒

结论

总之，我们的研究表明，PRDX5在PRRSV感染和nsp4过表达的情况下表达上调，作为一种特定的宿主防御机制，对抗ROS的异常升高。重要的是，PRDX5通过抑制AMPK-ACC1通路来抑制PRRSV的复制。机制研究表明，PRDX5主要抑制PRRSV的释放阶段，而对病毒的附着、内化或复制没有显著影响。

CRediT作者贡献声明

黄慧清：方法学研究。陈梦涵：数据管理。方柳荣：项目管理。李晨宇：实验研究。肖少波：写作——审稿与编辑，撰写初稿，项目管理，资金获取，概念构思。熊玉健：实验研究，数据管理。周彦荣：写作——初稿，方法学研究，资金获取，数据管理。彭建明：软件支持

数据获取

本文描述的所有方法和数据可向相应作者索取。

利益冲突声明

☒ 作者声明他们没有已知的可能会影响本文研究的财务利益或个人关系。

致谢

我们感谢中国农业科学院哈尔滨兽医研究所的蔡学辉博士提供IPAM细胞。我们感谢农业微生物国家重点实验室的核心设施。本研究得到了国家自然科学基金（32130103，32573386）的资助。