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病毒学研究最新成果 | 安捷伦 Seahorse XF 技术在诺如、艾滋病毒研究中的应用
如今，新冠疫情在中国得到了有效控制，多个省市的新增病例数已经持续多天为零。对于传染病的防治来说，切断传染源是非常关键的一环。中国的疫情在好转，新冠病毒在世界范围内的传播却在发酵，意大利、伊朗、西班牙等国家已成了重灾区。为了有效地遏制疫情的发展，除了隔离、取消大型集会等措施，疫苗和抗病毒药物的研发是至关重要的。
为了更好地对抗病毒，我们必须更深入地了解病毒。在前面两期的文章中（参见文末推荐阅读），我们为大家介绍了 Seahorse 细胞能量代谢分析系统在病毒与宿主细胞和病毒与免疫系统研究中的应用。接下来，我们再以两个例子为大家展示病毒学的最新研究成果。
诺如病毒研究
病原性病毒通常能够靶向操纵宿主线粒体和细胞代谢通路，以便建立最佳的感染条件[1]。不同的病毒具有针对宿主生物的独特感染策略，其机制和对宿主代谢的影响取决于具体的病毒类型。鉴定特定病毒如何改变宿主代谢通路和中间产物的研究，为开发有效的方法来对抗病毒感染提供了良好的契机。
安捷伦 Seahorse XF 技术可实时检测活细胞的关键功能，以监测宿主病原体反应并揭示病毒入侵机制，从而为揭示潜在的治疗靶标提供了可能。
人诺如病毒（hNoV）是一种没有包膜、正义、单链的 RNA 病毒，属于杯状病毒科，导致全球主要的急性非细菌性胃肠炎。目前，没有针对 hNoV 的有效抗病毒药或疫苗，主要是因为缺乏高效的体外培养模型来研究这种病毒。
Passalacqua 等人使用安捷伦 Seahorse XF 实时 ATP 速率测定揭示，诺如病毒感染鼠巨噬细胞会导致总 ATP 生成速率增加，并且糖酵解和氧化磷酸化（OXPHOS）的 ATP 生成均会增加，但糖酵解生成的 ATP 增加比例更高[2]。用 2-脱氧葡萄糖（2-DG）抑制糖酵解降低了未感染和感染细胞中糖酵解生成的 ATP 的比例（图1）。
结果表明，尽管诺如病毒感染期间糖酵解和 OXPHOS 均增加，但糖酵解似乎在感染过程中比 OXPHOS 发挥着更重要的作用。2-DG 导致病毒蛋白产生和病毒 RNA 的减少。此研究揭示细胞代谢可以作为诺如病毒感染的新治疗靶点和当前 hNoV 培养系统的改进。
图 1. Seahorse XF 实时 ATP 速率测定分析 RAW 264.7 细胞。（A）Seahorse XF 代谢流分析显示鼠诺如病毒（MNV）感染 RAW 细胞 8 小时后，与未感染细胞相比，糖酵解和 OXPHOS 增加，并且感染导致来源于糖酵解的 ATP 比例更高。无论是未感染还是 MNV 感染的细胞，用 10 mM 2-DG 处理后与未处理的细胞相比，来源于糖酵解的 ATP 总体降低。（B）图 A 的数据用来计算 XF ATP 速率指数。（C）以线粒体和糖酵解产生的 ATP 速率绘制的 4 种测试条件的能量图谱。
艾滋病毒研究
有一类人在被艾滋病毒（HIV）感染以后不需要接受治疗就可以存活，这一类人被称为 HIV 控制者；而另一类人在感染了 HIV 后则需要接受抗逆转录病毒药物治疗才可以存活下来，这一类人是 HIV 非控制者。
HIV 的自发控制通常与 CD8+ T 细胞清除受感染 CD4+ T 细胞的能力增强有关，但这些高功能 CD8+ T 细胞的分子特征尚不清楚。Angin 等人利用单细胞基因芯片和 Seahorse 线粒体压力测试揭示了高功能 CD8+ T 细胞的分子特征[3]。通过比较 HIV 控制者和 HIV 非控制者的中央记忆 CD8+ T 细胞的单细胞基因表达情况，作者发现这两种患者细胞的转录组学呈现相反的特征。控制者 CD8+ T 细胞效应功能和存活相关的基因上调，而非控制者 CD8+ T 细胞活化、衰竭和糖酵解相关的基因上调。
代谢物分析结果显示非控制者 HIV 特异性 CD8+ T 细胞主要依赖糖酵解，而控制者 HIV 特异的 CD8+ T 细胞具有多种多样的代谢途径。丰富的代谢途径表明控制者的中央记忆 CD8+ T 具有代谢的可塑性，正是这种可塑性增强了它们的生存潜力和抗 HIV 的效应能力。那怎样提高非控制者的抗病毒能力呢？
作者使用 Seahorse 技术发现，在体外白介素 15（IL-15）的处理可以降低非控制者 HIV 特异性 CD8+ T 细胞对糖酵解途径的依赖性，使线粒体呼吸作用升高（图2），从而增强其抗病毒能力。
图 2. IL-15 增强了非控制者 HIV 特异性 CD8+ T 细胞的抗病毒能力。非控制者的 CD8+ T 细胞先用 IL-15 预处理，然后使用 Seahorse 线粒体压力测试测量基础糖酵解、基础呼吸和最大呼吸能力。箭头表示加入线粒体压力试剂盒药物的时间。
新冠病毒已经世界大流行，全世界的科学家都在紧锣密鼓地开展疫苗和抗病毒药物的研发工作。Seahorse 细胞能量代谢分析系统能够从代谢的角度揭示病毒如何影响免疫系统，为治疗病毒提供新的思路和靶点。
参考文献[1] Tiku, V., Tan, M.-W. & Dikic, I. Mitochondrial Functions inInfection and Immunity. Trends in CellBiology, doi:10.1016/j.tcb.2020.01.006 (2020).[2] Passalacqua, K. D. et al. Glycolysis Is an IntrinsicFactor for Optimal Replication of a Norovirus. mBio 10,doi:10.1128/mBio.02175-18 (2019).[3] Angin, M. et al. Metabolic plasticity ofHIV-specific CD8+ T cells is associated with enhanced antiviral potential andnatural control of HIV-1 infection. NatureMetabolism 1, 704-716,doi:10.1038/s42255-019-0081-4 (2019).推荐阅读
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