PLOS Pathogens | 复旦张荣团队发现GPI合成途径通过调控LY6E抑制多种冠状病毒入侵

冠状病毒是一类具有囊膜的单股正链RNA病毒，可分为α、β、γ和δ四个属，能够感染人类和多种动物。虽然部分冠状病毒仅引起轻微呼吸道症状，但SARS-CoV、MERS-CoV和SARS-CoV-2等高致病性病毒可导致严重呼吸系统疾病，对全球公共卫生构成持续威胁。冠状病毒的感染周期依赖于病毒与宿主间的复杂相互作用。宿主通过进化形成包括限制因子在内的多层次防御系统，这些因子通过靶向病毒生命周期关键环节发挥抗病毒作用。然而，相较于大量已知的宿主易感性因子，宿主限制因子的作用机制研究仍不够系统。

近日，复旦大学医学分子病毒学教育部/卫健委/医科院重点实验室、上海市重大传染病和生物安全研究院兼聘PI张荣团队在微生物学专业期刊PLOS Pathogens上发表题为“Glycosylphosphatidylinositol biosynthesis functions as a conserved host defense pathway against coronaviruses via regulation of LY6E”的研究论文。该研究通过全基因组CRISPR/Cas9敲除筛选，结合多种冠状病毒感染模型，首次鉴定发现糖基磷脂酰肌醇（GPI）生物合成通路是一种广谱抗冠状病毒的宿主防御机制，并通过后续功能验证和机制探究，明确其通过调控下游关键效应分子LY6E的表达与功能，有效抑制病毒入侵细胞。

研究人员在A549-ACE2和HeLa细胞上构建了靶向人类所有编码基因的CRISPR敲除细胞文库，分别感染Beta属冠状病毒SARS-CoV-2、HCoV-OC43以及Alpha属冠状病毒PEDV。筛选结果显示，除了已知的冠状病毒限制性因子DAZAP2、PLSCR1、LY6E等外，GPI生物合成通路中的多个基因（如PIGA、PIGV、GPAA1等)在不同的筛选中均被显著富集，提示其可能具有抗病毒功能。

图1. CRISPR筛选鉴定出GPI生物合成通路是多种冠状病毒感染的限制性因子

研究人员选择了GPI通路中的三个关键基因（PIGA、PIGV、GPAA1）进一步实验证实,敲除这些基因会显著增强多种冠状病毒的感染效率。机制研究表明，GPI生物合成通路主要通过影响病毒的入胞阶段发挥作用。该通路缺失会显著增强冠状病毒Spike蛋白介导的膜融合过程，促进了病毒与内体膜及质膜的融合进入细胞。

GPI生物合成通路通过将其合成的GPI锚定结构共价连接至特定蛋白，调控其亚细胞定位及功能。为寻找关键的下游抗病毒效应分子，研究团队构建了靶向193个已知或预测的GPI锚定蛋白的聚焦型CRISPR敲除细胞文库，利用四种冠状病毒感染模型进行筛选。结果显示，LY6E在所有筛选中均位列第一。进一步验证表明，GPI生物合成通路缺失导致下游效应分子LY6E无法锚定于细胞膜，其蛋白稳定性与抗病毒功能几乎完全丧失。

图2. 聚焦型CRISPR筛选证实LY6E是关键的GPI生物合成通路下游抗病毒效应分子

综上，该研究鉴定发现了GPI生物合成通路是一种广谱抗冠状病毒的宿主防御机制，明确其通过调控下游的核心效应分子LY6E来抑制Spike蛋白介导的膜融合过程，从而抑制病毒入胞。该研究深化了对病毒-宿主相互作用的理解，也为寻找广谱抗冠状病毒潜在靶点提供了新思路。

图3. GPI生物合成途径抑制冠状病毒感染的分子机制模式图

原文链接：https://journals.plos.org/plospathogens/article?id=10.1371/journal.ppat.1013441