宿主细胞代谢状态可调控病毒基因表达，其中有氧糖酵解环境有利于人类免疫缺陷病毒1型（HIV-1）的转录。研究人员发现，在HIV-1感染的有氧糖酵解条件下，磷酸丙糖异构酶1（TPI1）发生核转位并促进HIV-1转录。以含葡萄糖培养基培养HIV-1感染细胞可促进有氧糖酵解，其HIV-1转录水平显著高于以半乳糖培养基培养、偏向氧化磷酸化（OXPHOS）的细胞。葡萄糖条件下，HIV-1感染细胞中TPI1呈现特征性酸性亚型；过表达野生型TPI1可增加该酸性亚型并增强HIV-1转录，而S80A突变体无此效应，表明Ser80位点对TPI1核定位及HIV-1转录至关重要。与之相符，半乳糖条件、S80A表达或TPI1敲低均显著降低核内TPI1水平，伴随组蛋白H3第27位赖氨酸乙酰化（H3K27ac）下降及HIV-1转录活性减弱。未感染的外周血单个核细胞（PBMCs）中，TPI1定位不受代谢条件影响，而HIV-1感染的PBMCs在有氧糖酵解条件下可见TPI1核转位。综上，在HIV-1感染细胞中，有氧糖酵解促进TPI1核转位，从而将细胞代谢与HIV-1转录联系起来。
本研究由熊本大学医学药学综合科学研究科团队完成，发表于《Journal of Biological Chemistry》，聚焦于HIV-1感染细胞的代谢重塑与病毒转录调控的交叉机制。HIV-1主要感染活化的CD4+ T细胞，此类细胞会从氧化磷酸化向有氧糖酵解转换以支持增殖与功能分化，既往研究已证实HIV-1感染可进一步增强糖酵解通量，但有氧糖酵解如何通过具体分子调控病毒转录仍不明确。糖酵解酶除经典代谢功能外还可作为“兼职蛋白”发挥非代谢作用，已有研究提示多种糖酵解酶可被掺入HIV-1颗粒并调控复制，但在HIV-1感染背景下糖酵解酶的核功能尚未被系统探索。磷酸丙糖异构酶1（TPI1）是糖酵解关键酶，可催化二羟丙酮磷酸（DHAP）与甘油醛-3-磷酸（GAP）的异构化，同时被报道可在磷酸化后转位至细胞核调控组蛋白乙酰化与转录，但其在HIV-1感染中的作用完全未知。本研究旨在明确TPI1是否响应HIV-1感染下的代谢状态变化，参与调控病毒转录，并解析其分子机制与生物学意义。
研究人员主要采用以下关键技术方法：使用慢性HIV-1感染的CEM/LAV-1细胞系、急性感染的Jurkat细胞及健康供体外周血单个核细胞（PBMCs）作为研究模型，通过葡萄糖或半乳糖培养基置换分别模拟有氧糖酵解与氧化磷酸化代谢状态；结合双向电泳分析TPI1的翻译后修饰亚型，利用亚细胞组分分离技术检测TPI1的核质分布；通过构建野生型及磷酸化位点突变体（S80A、S80E）开展功能获得与缺失实验，采用小干扰RNA（siRNA）敲低内源性TPI1；以实时荧光定量PCR（RT-qPCR）检测细胞内及上清中HIV-1 RNA水平，Western blotting检测TPI1、组蛋白修饰及亚细胞标记物表达，并通过乳酸检测、ATP水平测定及寡霉素敏感性实验验证代谢表型。
研究结果分为四个部分。第一部分证实有氧糖酵解条件增强HIV-1转录。葡萄糖与半乳糖培养基对细胞活力及基础ATP水平无显著影响，但半乳糖培养细胞对氧化磷酸化抑制剂寡霉素更敏感，且乳酸分泌显著低于葡萄糖培养细胞，符合有氧糖酵解与氧化磷酸化的代谢特征。葡萄糖条件下HIV-1感染细胞的病毒RNA转录及病毒释放水平均显著高于半乳糖条件，表明有氧糖酵解促进HIV-1转录。
第二部分揭示Ser80 依赖的TPI1调控是有氧糖酵解增强转录的关键。双向电泳显示葡萄糖条件下HIV-1感染细胞中存在特异性TPI1酸性亚型，对应Ser80 磷酸化修饰；过表达野生型TPI1增加酸性亚型并提升HIV-1转录，而磷酸化缺陷型S80A突变体无此效应，磷酸模拟型S80E则显著增强核定位与转录。亚细胞分离进一步证实，Ser80 磷酸化是TPI1核转位的必要条件，其核定位水平与HIV-1转录及病毒产量正相关。
第三部分阐明核内TPI1通过提升H3K27乙酰化促进转录。半乳糖条件下总TPI1水平不变，但核内TPI1显著减少；siRNA敲低TPI1未改变细胞代谢表型，却明显降低HIV-1转录、病毒释放及H3K27乙酰化水平，与半乳糖条件下的表型一致，表明核TPI1通过调控染色质活化状态增强病毒转录。
第四部分验证TPI1核转位仅发生于HIV-1感染细胞的有氧糖酵解环境中。在未感染Jurkat细胞及PBMCs中，代谢状态不影响TPI1核定位；而在HIV-1感染的Jurkat细胞与PBMCs中，有氧糖酵解条件下TPI1核转位显著增加，伴随H3K27乙酰化升高与病毒转录增强，证实该调控具有HIV-1感染依赖性。
讨论部分指出，本研究首次将TPI1的核功能与HIV-1转录调控直接关联，提出“代谢状态-蛋白翻译后修饰-核定位-表观遗传重塑-病毒转录”的级联机制。TPI1缺乏经典核定位信号（NLS），其磷酸化可能通过Pin1介导的构象变化与importin-α5互作实现核输入，这一机制与已报道的PKM2核转位通路相似，但具体转运机制仍需进一步验证。研究还提示，TPI1的功能具有细胞环境依赖性：在肿瘤中其核定位促进增殖与转移，而在HIV-1感染中则特异性驱动病毒转录，这种差异为靶向代谢依赖的抗HIV策略提供了潜在靶点。此外，有氧糖酵解向氧化磷酸化的转换与HIV-1潜伏建立密切相关，TPI1的核定位或乙酰化状态可能作为潜伏感染的生物标志物，为“激活并清除”治疗策略提供新思路。研究结论明确：在HIV-1感染细胞中，有氧糖酵解通过Ser80 磷酸化驱动TPI1核转位，进而提升H3K27乙酰化水平，最终促进HIV-1转录，这一发现为理解病毒-宿主代谢互作及开发新型干预手段提供了重要依据。
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