2019冠狀病毒病(COVID-19)的發病機制受活性氧(ROS)的影響，然而其具體機制尚不明確。冠狀病毒SARS-CoV-2核衣殼蛋白(S2NP)是該疾病的主要驅動因子，也是病毒復制和組裝不可或缺的結構蛋白，但其在ROS生成中的作用尚未報道。2023年11月，華中科技大學同濟醫學院基礎醫學院劉超紅教授團隊在Journal of Medical Virology (IF 12.7) 上發表文章“SARS-CoV-2 nucleocapsid protein enhances the level of mitochondrial reactive oxygen species”，發現S2NP表現出顯著的線粒體定位，與線粒體轉錄成分相互作用并穩定其蛋白水平；此外S2NP還會損害抗氧化酶的活性，表明S2NP可能通過多種機制促進線粒體ROS的產生。

1. S2NP可提高線粒體ROS水平

為了探究S2NP是否影響線粒體ROS水平，作者利用腺病毒5型載體在A549細胞中過表達S2NP，并使用MitoSOXTM（活性氧熒光探針）檢測細胞內活性氧水平。流式細胞分析顯示，S2NP過表達組比對照組表現出更高水平的線粒體ROS。為了進一步研究S2NP增強線粒體ROS水平的潛在機制，作者進行了RNA測序，發現S2NP過表達組表現出明顯的轉錄組改變，所有線粒體編碼蛋白的mRNA水平均上調，qPCR進一步驗證了這一結果。GO分析發現 “氧化磷酸化”、“ATP合成耦合電子傳遞”、“呼吸電子傳遞鏈”等過程相關基因顯著富集。

2. S2NP的表達增強了復合物I和III的活性

RNA測序表明S2NP會損害ATP合成和電子傳遞，作者檢測了S2NP對ATP生成的影響，發現S2NP過表達組細胞內ATP水平低于對照組，表明S2NP的表達阻礙了ATP的產生。ATP合成過程中的電子泄漏主要發生在復合物I和III上，作者發現S2NP的表達導致復合物I活性弱增強，復合物III活性顯著增強，轉錄組結果也顯示線粒體編碼的復合體I和III蛋白的mRNA水平在S2NP過表達細胞中上調，IB實驗也證實MT-ND1、MT-ND2、MT-ND3、MT-ND4、MT-ND6和MT-CYB的蛋白水平在S2NP過表達細胞中增加。這些數據集表明S2NP蛋白部分增強了復合物I和III的活性。亞細胞定位實驗表明，S2NP顯示出明顯的線粒體定位。

3. S2NP通過泛素-蛋白酶體系統增強線粒體轉錄組分的穩定性

線粒體編碼的13種蛋白質是ATP合成和電子傳遞所必需的，其轉錄是在線粒體轉錄因子A (TFAM)和線粒體轉錄因子B2 (TFB2M)的參與下進行。RNA測序發現POLRMT、TFB2M和TFAM的mRNA與S2NP無關，但POLRMT、TFB2M和TFAM蛋白水平在S2NP過表達細胞中明顯升高。MG132(蛋白酶體抑制劑)能導致A549細胞中POLRMT、TFB2M和TFAM蛋白水平升高，表明這些蛋白在動態平衡中經歷蛋白酶體依賴性降解。在MG132存在的情況下，S2NP過表達對POLRMT、TFB2M和TFAM蛋白水平的增強作用減弱，表明S2NP阻斷了蛋白酶體依賴性線粒體轉錄成分的降解。作者還發現S2NP表達會阻斷A549細胞中TFAM的泛素化。這些數據表明S2NP通過結合并穩定線粒體轉錄成分來促進線粒體編碼的復合物I和III蛋白的轉錄。

4. S2NP損害抗氧化酶的活性

有研究表明ROS水平的增加導致抗氧化酶的表達降低，RNA測序結果顯示， S2NP的表達導致SOD1、GPX1、GPX3和GPX4水平降低，GPX2水平升高。qPCR實驗無法證實SOD1的下調，但它證實了S2NP表達后CAT和GPX8水平不變，GPX2水平升高，GPX4水平降低，IB實驗表明S2NP過表達細胞中SOD1蛋白表達降低，CAT和GPX8蛋白水平不變。因此，SOD1數據的差異可能是PCR引物特異性較低所致。測定抗氧化酶的活性顯示，S2NP部分抑制SOD和GPX的活性，這與轉錄組結果一致。綜上所述，這些數據表明會損害抗氧化酶的活性。