Journal of Virology丨兰兽研防控技术团队：热休克蛋白A1在口蹄疫病毒感染中的抑制作用

近日，本团队在《Journal of Virology》上发表题为“Heat shock protein A1 inhibits the replication of foot-and-mouth disease virus by degrading viral RNA polymerase 3D through chaperone-mediated autophagy”的研究论文，揭示了热休克蛋白A1（HSPA1）在FMDV感染中的抑制作用，为宿主-病毒互作提供了新视角，并为开发基于HSPA1/CMA的抗FMDV疗法奠定了理论基础。

文章摘要

口蹄疫病毒(FMDV)是一种严重危害偶蹄动物的单股正链RNA病毒。本研究揭示了HSPA1在FMDV感染中的抑制作用。通过调控HSPA1的表达，发现其特异性靶向病毒RNA复制阶段，通过伴侣介导的自噬(CMA)途径降解病毒RNA依赖的RNA聚合酶(RdRp)3D蛋白。突变分析表明，3D蛋白的421QEKLI425基序是HSPA1介导降解的关键位点。阻断CMA途径可显著促进病毒RNA复制，而激活CMA则抑制病毒增殖。该研究不仅阐明了HSPA1在FMDV感染中的新机制，还为抗病毒治疗提供了潜在靶点。

HSPA1抑制FMDV RNA复制阶段机制示意图

研究背景

口蹄疫病毒(FMDV)属于小RNA病毒科，其RNA复制依赖非结构蛋白3D(RdRp)的聚合酶活性。宿主细胞通过多种机制调控病毒复制，但宿主蛋白对FMDV 3D的调控尚未明确。热休克蛋白(HSPs)作为分子伴侣，在病毒感染中发挥复杂作用:HSPA1(HSP70家族成员)已被报道促进肠道病毒A71(EV-A71)的进入和释放，但其在FMDV中的作用未知。本研究旨在探究HSPA1是否通过靶向3D蛋白调控FMDV复制，并解析其分子机制。

结果展示

1.HSPA1抑制FMDV感染

过表达HSPA1的细胞中，病毒RNA水平和病毒滴度显著降低，病毒结构蛋白水平也受到抑制(图1A-C)。相反，在敲低HSPA1的细胞中，病毒RNA水平和病毒滴度显著增加，病毒结构蛋白水平也相应升高(图1F-H)。这些结果表明HSPA1对FMDV感染具有显著的抑制作用。

图1 HSPA1抑制FMDV感染

2.HSPA1靶向病毒RNA复制阶段

HSPA1的过表达显著降低了病毒负链RNA的水平，表明HSPA1特异性地抑制了FMDV的RNA复制阶段(图2C-D)。然而，HSPA1对病毒5’UTR的翻译效率没有显著影响(图2H-I)，这表明HSPA1的作用主要集中在RNA复制阶段。

图2 HSPA1特异性靶向病毒RNA复制阶段

3.HSPA1通过CMA途径降解3D蛋白

免疫沉淀实验显示HSPA1与3D蛋白直接结合(图3E)。使用自噬抑制剂CQ处理细胞后，HSPA1对3D蛋白的降解作用被显著抑制(图4D)。进一步的实验表明，HSPA1通过伴侣介导的自噬(CMA)途径降解3D蛋白，而不是通过巨自噬途径(图4E-F)。经激活或阻断CMA途径发现HSPA1主要通过CMA途径介导3D蛋白的降解(图4H-K)。

图3 HSPA1对FMDV的3D蛋白具有降解作用

图4 HSPA1通过分子伴侣介导的自噬(CMA)途径促进3D蛋白的降解

4.421QEKLI425基序是降解关键

突变分析显示，421 QEKLl425 是 3D 蛋白中 HSPA1 通过 CMA 途径识别的关键基序。突变该基序后， HSPA1 对 3D 蛋白的降解作用被显著抑制(图 5A-B )。此外， 3D 蛋白的前体 3BCD 也含有该基序，且 HSPA1 同样能够通过 CMA 途径降解 3BCD (图 5B )。

图 5 阻断CMA途径促进FMDV的复制

5.阻断CMA途径促进病毒复制

敲低LAMP2A后，FMDV的RNA水平显著增加，但病毒蛋白水平和病毒滴度没有显著变化(图6A-C)。这表明阻断CMA途径可以促进病毒RNA的复制，但对病毒的组装和释放没有显著影响。

图6 阻断CMA途径促进FMDV感染

结语

本研究揭示HSPA1通过CMA途径选择性降解FMDV 3D蛋白，抑制病毒RNA复制的分子机制。关键发现包括：

1.靶向特异性：HSPA1通过多肽结合域直接结合3D蛋白，依赖ATPase活性促进其降解，与HSP70的经典功能一致。

2. CMA途径的独特性：与巨自噬不同，CMA通过识别3D的QEKLI基序实现精准调控，解释了病毒RNA复制受限的分子基础。

3. 治疗潜力：激活HSPA1或CMA通路可能成为抑制FMDV的新策略，尤其针对3D蛋白保守基序的设计药物具有前景。

与EV-A71中HSPA1的促病毒作用相反，本研究凸显了HSPA1功能的病毒依赖性差异，可能与FMDV和EV-A71受体利用及复制策略不同有关。未来研究可进一步解析HSPA1与3D的互作界面，并探索体内靶向CMA的抗病毒效果。

兰州兽医研究所郭慧琛研究员和孙世琪研究员为该论文的通讯作者，任玫和周海纤为共同第一作者。本文由国家自然科学基金（32473012、32072859、32301127）、甘肃省科技重大专项（24ZDWA004）和甘肃省自然科学基金（23JRRA551、24JRRA012）资助。感谢国家留学基金管理委员会项目（项目编号：202203250012）的支持。

来源：兰兽研防控技术团队

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