J Virol.|仲愷農業工程學院最新研究：牛病毒性腹瀉病毒如何“劫持”宿主糖酵解逃避免疫？

當牛感染牛病毒性腹瀉病毒（BVDV）后，細胞內乳酸水平持續上升，而I型干擾素（IFN-I）表達卻在達到峰值后迅速下降。這一現象長期困擾獸醫和病毒學研究者：病毒究竟如何在宿主細胞中既獲取能量，又抑制抗病毒免疫？2026年3月26日，《Journal of Virology》在線發表了題為《Pestivirus bovine viral diarrhea infection induces ROS-HIF-1α axis-driven glycolytic reprogramming which increases viral replication by impairing RIG-I-dependent type I interferon response》的研究論文。由仲愷農業工程學院動物科技學院的徐義剛教授團隊主導，聯合其他單位完成該工作，該研究系統闡明了BVDV通過ROS-HIF-1α軸驅動糖酵解重編程，進而阻斷RIG-I/MAVS通路、抑制IFN-I產生并促進病毒復制的分子機制。

BVDV感染引發糖酵解重編程：乳酸升高與IFN-I下降并存

研究首先在健康5月齡犢牛體內驗證了代謝變化。實驗組犢牛通過鼻腔和口服途徑接種BVDV（10^5 TCID50），對照組為模擬感染。結果顯示，感染后血清乳酸濃度隨時間持續升高，而IFN-β mRNA水平約在36小時達到峰值，隨后顯著下降。

體外實驗使用MDBK細胞，以MOI=5感染BVDV后，觀察到葡萄糖消耗量增加，胞外酸化率（ECAR）在葡萄糖添加后和寡霉素處理后均顯著高于對照組。進一步計算糖酵解能力和糖酵解容量，也呈現明顯提升。乳酸產量在感染后12-72小時持續增加，而IFN-β mRNA在24小時達峰后回落。細胞內ATP水平在高糖和低糖條件下均下降，但補充外源ATP能顯著提高病毒RNA復制水平和病毒蛋白表達，表明BVDV復制高度依賴宿主能量供應。

這些結果提示，BVDV感染誘導了宿主從氧化磷酸化向有氧糖酵解的代謝重編程，即經典的“Warburg效應”，為病毒復制提供原料，同時伴隨抗病毒信號的減弱。

HIF-1α是糖酵解重編程的關鍵驅動因子

研究團隊接下來聚焦轉錄因子HIF-1α的作用。HIF-1α是細胞糖酵解的主要調控者，可上調GLUT1（葡萄糖轉運蛋白1）、HK2（己糖激酶2）、PFKP（磷酸果糖激酶血小板型）和LDHA（乳酸脫氫酶A）等關鍵酶。

實驗顯示，BVDV感染后HIF-1α mRNA和蛋白水平呈時間依賴性升高，而羥基化HIF-1α（HIF-1α-OH）水平降低，表明HIF-1α不僅表達增加，還獲得穩定性。免疫熒光和核質分離實驗進一步證實HIF-1α發生明顯核轉位。在高糖培養條件下，HIF-1α表達較強，低糖條件下則較弱。

為驗證功能，研究者用HIF-1α抑制劑PX-478或GLUT1抑制劑Fasentin預處理細胞。結果顯示，葡萄糖攝取減少，乳酸產生下降，IFN-β mRNA顯著上調，而病毒復制（通過qRT-PCR、Western blot和IFA檢測）被明顯抑制。同時，糖酵解相關蛋白GLUT1、HK2、PFKP、LDHA表達下調。這一系列數據明確指出，HIF-1α介導的糖酵解是BVDV促進自身復制的核心環節。

ER應激-ROS軸激活HIF-1α：病毒利用宿主應激信號

HIF-1α的穩定化從何而來？研究追溯到上游信號。BVDV感染激活內質網應激（ER stress），主要通過PERK通路：GRP78（ER伴侶蛋白）表達升高，p-PERK、p-eIF2α、ATF4和GADD34水平顯著增加，而IRE1α和ATF6通路變化不明顯。

使用ER應激抑制劑4-PBA處理后，氧化應激相關基因HMOX-1、TXN、PRDX-6表達下降，細胞內ROS水平降低。ROS是穩定HIF-1α的關鍵分子：ROS誘導劑H?O?處理可降低HIF-1α-OH水平，升高GLUT1、HK2、PFKP、LDHA表達；ROS清除劑NAC則相反，HIF-1α-OH升高，糖酵解蛋白表達受抑。細胞活力檢測（CCK-8）確認所用抑制劑濃度對細胞活性無顯著影響。

這一發現揭示了BVDV如何將宿主防御性ER應激轉化為自身有利條件：PERK-eIF2α軸一方面誘導應激，另一方面通過GADD34促進選擇性翻譯，使HIF-1α等適應性蛋白得以表達，最終驅動糖酵解。

糖酵解通過HK2/MAVS/VDAC1復合物阻斷RLR信號

糖酵解不僅供能，還直接干預免疫信號。研究發現，BVDV感染促進HK2、MAVS（線粒體抗病毒信號蛋白）和VDAC1（電壓依賴性陰離子通道1）形成三元復合物。該復合物競爭性阻斷RIG-I與MAVS的相互作用，導致下游TBK1和IRF3磷酸化水平降低，IFN-I產生受抑。

共免疫沉淀（Co-IP）實驗證實：過表達HK2或VDAC1可減弱RIG-I-MAVS結合；BVDV感染進一步增強內源性HK2-MAVS和VDAC1-MAVS相互作用，而poly(I:C)（RLR通路激動劑）可部分解除這一抑制。敲低HK2或VDAC1后，RIG-I-MAVS相互作用恢復，IFN-β mRNA和蛋白分泌增加，干擾素刺激基因（ISG20、ISG15、IFITM1、IFITM3、OAS1、MX1）表達上調。HIF-1α抑制劑PX-478也產生類似效應。

高糖培養條件下poly(I:C)誘導的IFN-β表達弱于低糖條件，而HT-DNA（cGAS-STING激動劑）或LPS（TLR激動劑）誘導的IFN-β不受糖酵解影響，表明糖酵解特異性抑制RLR通路。

多重功能實驗證實糖酵解是病毒復制的必要條件

研究團隊開展了系列干預實驗：線粒體丙酮酸轉運抑制劑UK5099增強糖酵解，病毒復制增加；丙酮酸脫氫酶激酶抑制劑DCA則相反。缺氧（5% O?）條件下HIF-1α更穩定，病毒復制升高；用半乳糖替代葡萄糖阻斷糖酵解后，病毒復制下降。在poly(I:C)預處理背景下，這些干預對p-IRF3和IFN-β的影響與預期一致。

乳酸作為關鍵代謝物進一步抑制MAVS功能

糖酵解終產物乳酸發揮了獨立抑制作用。LDHA敲低或使用LDHA抑制劑鈉草酸（SO）后，乳酸產量下降，p-IRF3水平升高，IFN-β表達增加，病毒復制顯著受抑。外源補充乳酸則逆轉SO的抗病毒效應。

生物素標記乳酸拉下實驗直接證明乳酸能與MAVS結合，導致MAVS從線粒體向胞質轉位，破壞RIG-I-MAVS復合物，進而抑制IRF3磷酸化與核轉位，下游IFN-β及ISG表達全面降低。敲低乳酸轉運蛋白MCT1可阻斷外源乳酸攝取，恢復IFN-β水平并抑制病毒復制。

PDHA（丙酮酸脫氫酶A）敲低使丙酮酸更多轉向乳酸生成，IFN-β下降，病毒復制增強，進一步佐證乳酸的促病毒作用。

研究意義：為BVDV防控提供代謝干預新思路

病毒感染激活ER應激-ROS軸，穩定并激活HIF-1α，驅動糖酵解重編程；糖酵解一方面通過HK2/MAVS/VDAC1復合物阻斷RIG-I信號，另一方面通過乳酸-MAVS結合進一步抑制MAVS線粒體定位，最終全面抑制IFN-I產生，為病毒復制創造有利環境。這一機制不僅深化了對BVDV致病機制的認識，也與黃病毒科其他成員（如HCV、DENV）已報道的代謝調控策略形成呼應。雖然現有疫苗和清除持續感染牛的策略有效，但針對代謝通路的干預（如HIF-1α、HK2、LDHA或MCT1抑制劑）可能成為新型輔助治療手段。未來若結合同位素標記葡萄糖示蹤實驗，可更精確量化糖酵解通量，為臨床轉化提供更堅實依據。

結語：代謝免疫學視角下的病毒防控新方向

BVDV是全球養牛業重要病原，造成的經濟損失巨大。傳統防控側重于病毒本身，而本研究將目光轉向宿主代謝，揭示病毒如何“借力打力”，將宿主能量重編程為免疫抑制的工具。這一發現拓展了“代謝免疫學”在動物病毒學領域的應用。

對養殖實踐而言，未來或許可通過優化飼料能量結構或開發靶向代謝藥物的策略，降低BVDV感染風險。對科研而言，它為理解其他RNA病毒的持久感染機制提供了參考。期待后續研究進一步驗證這些靶點的安全性和有效性，助力BVDV防控邁向精準化新時代。

注：文中插圖源于Journal of Virology，歡迎關注交流。

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