研究人员利用基因编辑工具找到甲型肝炎病毒感染的关键因素

50年来，甲型肝炎病毒(HAV)是如何进入肝细胞并引发感染的一直是个谜。北卡罗来纳大学医学院的研究人员利用基因编辑工具设计了一项实验，发现名为神经节苷脂(gangliosides)的分子是如何充当事实上的“看门人”，让病毒进入肝细胞的。

这项发表在《自然·微生物学》期刊上的研究揭示了神经节苷脂在甲型肝炎中扮演的关键角色，并引发了其它几个问题，比如病毒RNA究竟是如何在人类肝细胞的不同隔间间进行复制并引发疾病的。

“神经节苷脂是甲型肝炎病毒感染的基本受体，这一发现为甲型肝炎的故事增添了一个有趣的情节转折。”资深作者、北卡罗来纳大学医学院医学和微生物学教授、北卡罗来纳大学全球卫生和传染病研究所成员斯坦利·莱蒙博士说，“神经节苷脂在哺乳动物物种间结构相似，不像蛋白质，这有助于解释古老的肝病毒的跨物种传播。了解是什么帮助病毒从一种动物物种转移到另一种动物物种非常重要，当前的Covid-19大流行就是明证。”

甲型肝炎是近50年前发现的，虽然有疫苗，但没有治疗方法。该病毒每年仍在全球感染超过140万人，近年来在美国造成越来越多的肝炎病例，其中一些是致命的。许多人的症状非常轻微或没有症状，尤其是儿童。症状持续8周，有时更长，经常会出现恶心、呕吐、腹泻、黄疸、发烧和腹痛。最初感染后，10%至15%的感染者在最初6个月内出现症状复发。虽然急性肝功能衰竭很少见，但在老年人中更为常见。

甲型肝炎通过类似于其它病毒的机制感染人；它与人体细胞表面的受体分子相互作用，进入细胞。了解病毒的受体不仅有助于研究人员了解病毒是如何进入细胞的，而且还创造了设计抗病毒药物来阻断相互作用以预防或治疗疾病的机会。

在已知的导致人类急性或慢性肝病的五种肝炎病毒中，已经确定了丙型肝炎病毒和乙型肝炎病毒的受体。对于甲型肝炎来说，受体的身份仍然难以确定。作为小核糖核酸病毒家族的害群之马，它独特地以两种模式存在：作为无包膜(裸)病毒(nHAV)，由一种称为衣壳的蛋白质外壳组成，衣壳围绕着一个RNA基因组；或称为“准包膜”病毒(eHAV)，其中包含病毒基因组的衣壳隐藏在宿主细胞膜内。

一旦进入肝脏，eHAV从受感染的肝细胞释放出来，在血液中循环，而裸露的nHAV颗粒则在粪便中脱落。这两种病毒都具有传染性。覆盖宿主来源的膜使eHAV在逃避抗体反应方面具有优势，而裸露的病毒粒子非常稳定，很容易在环境中传播。但是每种病毒最初是如何进入肝细胞和血液的呢？

多年前，人类蛋白质TIM1被报道为HAV的受体。编码这种蛋白质的基因甚至被正式命名为HAV细胞受体1 (HAVCR1)。但是莱蒙实验室最近的研究表明，缺乏TIM1的细胞仍然可以感染甲型肝炎。

为了找到这种受体更有可能的罪魁祸首，Anshuman Das博士，在进行这项研究的时候，他是莱蒙实验室的博士后，现在在杜克大学。他使用CRISPR-Cas9基因编辑技术敲除培养细胞中的大约2万个基因，以发现哪些人类基因是病毒入侵的关键。他们确定了五种特定的基因，这些基因都是病毒所需要的。事实证明，这些基因编码酶或转运体，使神经节苷脂的合成成为可能。（转运体是一种分子，它将化学物质通过细胞内的通道运输。） 

神经节苷脂是一种含糖脂肪酸分子。神经酰胺葡萄糖基转移酶产生神经节苷脂。UGCG基因编码这种酶。

“使用CRISPR-Cas9激活我们屏幕的5个基因中，UGCG是罪魁祸首。” 莱蒙说。

然后研究人员敲除了UGCG，它可以防止HAV感染。他们还用神经酰胺葡萄糖基转移酶的化学抑制剂处理肝脏来源的细胞，以防止eHAV和nHAV感染。

然后，研究人员将合成的HAV RNA直接注射到细胞中，发现病毒RNA复制良好，这表明病毒进入细胞需要神经节苷脂，但一旦进入细胞，就不需要神经节苷脂来复制基因组或新病毒颗粒。

随后的实验表明，在没有神经节苷类物质的情况下，裸的和半包膜的HAV粒子确实部分进入细胞，但它们最终被困在一个叫做溶酶体的隔间里。病毒复制不会发生。当研究人员将神经节苷脂添加回去时，积累的病毒利用神经节苷脂退出溶酶体，继续入侵细胞，最终将基因组释放到细胞细胞质中，然后病毒开始复制。

 “这意味着神经节苷脂对于HAV进入细胞的晚期阶段至关重要。”Anshuman Das博士说，“它们是真正的受体。”

尽管问题仍然存在，研究人员说，了解神经节苷脂的作用可能为预防甚至治疗甲型肝炎开辟新的途径。

译/前瞻经济学人APP资讯组

原文来源：

https://medicalxpress.com/news/2020-05-key-player-hepatitis-virus-infection.html

https://www.nature.com/articles/s41564-020-0727-8