宿主細胞的代謝重編程在病毒感染過程中起著至關重要的作用。衣康酸是三羧酸循環( TCA )中的代謝產物，由免疫應答基因1(IRG1)編碼的烏頭酸脫羧酶(ACOD1)使順烏頭酸脫羧產生，參與調節先天免疫反應和病原體感染。然而，其在病毒感染中的作用及其機制尚不完全清楚。
2024年12月27日，海軍軍醫大學免疫與炎癥全國重點實驗室于益芝教授、徐勝教授、鄒最教授團隊在Signal Transduction and Targeted Therapy（IF 40.8）上發表研究論文“Itaconate facilitates viral infection via alkylating GDI2 and retaining Rab GTPase on the membrane”。研究揭示了中性粒細胞來源的衣康酸通過Rab GTP酶的重新分配促進病毒感染，可能是抗病毒治療的潛在靶點。
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基因信息：GDI2，GDP解離抑制因子β
病毒產品：AAV-GDI2-shRNA，AAV-scrambled-shRNA
注射方式：氣管內注射
注射劑量：50μL，1×1013vp/mL
WB結果表明AAV-GDI2-shRNA敲低了GDI2表達
研究結果
1、IRG1通過衣康酸促進VSV和IAV感染
首先，作者研究了病毒感染后的代謝變化，發現衣康酸是肺臟中被病毒誘導產生的主要代謝產物，進一步研究發現衣康酸及其衍生物OI可以促進VSV和IAV的感染，并且獨立于IFN-I信號傳導。作者研究了內源性衣康酸合成酶IRG1對病毒感染的影響，病毒感染后，Irg1在代謝基因中明顯上調，病毒感染誘導巨噬細胞中IRG1的顯著表達和衣康酸的產生。功能上，Irg1缺陷減輕了VSV和IAV感染，導致IFN-I產生減少，ISGs表達減少，以及TBK1-IRF3信號通路激活。Irg1沉默仍然阻礙了Irf3-/-巨噬細胞中的VSV感染，以上表明內源性IRG1通過獨立于IFN-I的方式提高了巨噬細胞對VSV和IAV感染的易感性。利用OI治療IRG1-/-巨噬細胞，在Irg1-/-巨噬細胞中補充OI大大增強了VSV感染，并挽救了由Irg1缺乏引起的受損病毒感染，即使在IFN-I缺乏的情況下也是如此，表明IRG1通過衣康酸并且獨立于IFN-I促進病毒感染。
圖1.IRG1以不依賴IFN-I途徑促進VSV和IAV感染
2、衣康酸促進Rab GTP酶的膜定位
接下來，作者研究了衣康酸促進VSV和IAV感染的潛在機制。研究發現OI促進VSV感染不是通過調節抗氧化反應或葡萄糖代謝來介導的，而類異戊二烯尤其是GGPP，可能與OI對病毒感染的影響有關。作者研究了OI是否影響GGPP催化酶GGTase-I和GGTase-II經典靶蛋白的亞細胞定位，發現OI對GGTase-I靶蛋白的分布沒有影響，但顯著增加了GGTase-II的經典靶點Rabs的膜定位。Rab5和Rab7分別定位于早期內體和晚期內體，在OI處理后表現出更大的內體膜定位傾向。此外，OI對Rabs分布的調節作用可由GGTase-II抑制劑3-PEHPC或辛伐他汀阻斷GGPP產生而消除；3-PEHPC消除了OI對VSV和IAV感染的促進作用，衣康酸處理后也得到類似的結果。以上數據表明OI增強了Rabs在膜上的亞細胞分布，而GGTase II介導的香葉基香葉基化是調節Rabs定位和增強OI病毒感染所必需的。作者繼續探究了IRG1衣康酸軸影響病毒感染的具體生命階段，發現IRG1衣康酸軸促進病毒進入和進入后過程。
圖2. OI誘導Rab GTP酶重新分布以增強病毒感染
3、GDI2的衣康酰化阻礙了Rab GTP酶從膜上的提取
Rabs在膜和細胞質之間穿梭，受到各種蛋白質的嚴格調控。Rab-GDP解離抑制劑（GDI1和GDI2）與Rabs非活性形式上的香葉基香葉基化基團結合，并將其從膜中提取出來，使其可用于另一輪膜遞送，GDIs的功能障礙導致Rabs滯留在膜內。為了確定OI誘導的病毒過度生長是否依賴于GDI，作者分別沉默了GDI1和GDI2。值得注意的是，沉默GDI2而不是GDI1可以消除OI引起的VSV和IAV感染的促進作用。OI抑制GDI2介導的Rabs從膜中提取，導致Rabs在膜上的分布增強，促進病毒感染。GDI2是衣康酰化的直接靶點，添加衣康酸會導致GDI2上C203/335/414殘基的衣康?；?，從而破壞GDI2和Rabs之間的相互作用，增加Rabs的膜分布，最終促進病毒過度生長。最后，用含有GDI2 shRNA的AAV對小鼠進行鼻內給藥，以建立GDI2敲低模型。敲低GDI2促進了肺組織中的病毒感染，同時也消除了OI治療引起的VSV和IAV感染的促進作用。這些發現表明，GDI2抑制VSV和IAV感染，而OI通過在體內修飾GDI2促進病毒感染。
圖3. OI抑制通過GDI2烷基化從膜中提取Rabs
4、中性粒細胞中的IRG1衣康酸軸調控體內病毒感染
病毒感染誘導中性粒細胞IRG1衣康酸軸的強烈激活，鑒于IRG1在病毒感染期間主要在中性粒細胞和巨噬細胞中表達，CD45-非免疫細胞IRG1表達最低，作者接下來研究了IRG1-衣康酸軸是否通過免疫細胞產生IRG1免疫譜系缺陷小鼠來調節體內病毒感染。結果表明免疫細胞中的IRG1衣康酸軸增強了體內病毒感染，并誘導了更強的免疫反應。為了進一步確定中性粒細胞來源的衣康酸的作用，作者在Irg1+/+和Irg1-/-小鼠中用抗Ly6G抗體耗竭中性粒細胞。與同窩對照組相比，Irg1-/-小鼠在感染后病毒載量顯著降低，同時細胞因子產生和病理損傷減少。然而，中性粒細胞的耗竭消除了Irg1+/+和Irg1-/-小鼠之間的差異。因此，中性粒細胞在IRG1衣康酸軸對病毒感染的影響中起著主要作用。
圖4.中性粒細胞衍生的衣康鹽促進VSV和IAV感染
小結
綜上，本研究發現來自中性粒細胞的衣康酸鹽通過直接烷基化GDI2并將Rab GTP酶保留在膜內來促進病毒感染。這一發現增強了對病毒感染中IRG1衣康酸軸的理解，并強調了IRG1是某些病毒感染的潛在治療靶點。