NC：人巨细胞病毒感染重要进展

细胞器重构是所有人类病毒感染的重要组成部分，与病毒病理密切相关。所有病毒都依赖于细胞器内划分的生物学过程来进行复制周期和感染的传播。这些重构事件是病毒进入和传播、免疫信号抑制以及新病毒粒子复制、组装和输出所需的新陈代谢调节的基础。

膜接触位点（Membrane contact sites，MCS）能够连接细胞器进而促进细胞发挥作用。尽管病毒在复制周期中对细胞器进行了重塑，但在感染期间，对于膜接触位点的认识仍然有限。

β-疱疹病毒人类巨细胞病毒（HCMV）是一种流行的人类病原体，它潜伏地感染大于70%的成年人口，并对免疫受损和怀孕的个人造成重大负担，是感染驱动的细胞器结构功能调节的有力例子。

因此，了解病毒驱动的亚细胞重塑可以确定病毒复制周期的独特和共同特征。然而，病毒驱动的细胞器重新布线的分子基础在很大程度上仍不清楚。

在病毒感染期间观察到的许多细胞器变化使科学家联想到由膜接触位点控制的过程。膜接触位点在动态的细胞内网络中紧密地（10-30 nm）连接细胞器。所有细胞器都通过稳定或瞬时性质的膜接触位点进行通信，内质网被认为是膜接触位点生物学的“主调节器”，直接连接细胞中的其他细胞器。膜接触位点促进生物分子的招募和转移，以协同调节细胞内稳态和对环境变化的反应。

对于其他疾病，如癌症和神经退行性变，膜接触位点的发现已经有益于研究人员对细胞病理学的理解。然而，除了少数孤立的报告外，目前尚不清楚膜接触位点如何在人类病毒感染期间促进细胞器重塑，例如在HCMV感染期间观察到的全球重塑事件。

到目前为止，大多数研究，都是着眼于发现细胞器接触的组件。这些方法对于继续鉴定膜接触位点的蛋白质、结构和功能是有价值的，但仅限于监测单个细胞器连接和单个生物条件。随着新的触点和功能的膜接触位点组件不断被识别，这种技术必须适应不同的模型系统。

相关研究成果于2022年8月11日以“Restructured membrane contacts rewire organelles for human cytomegalovirus infection”发表于Nature Communications上。

主要内容：

1.研究人员设计了一个高通量的靶向质谱仪（MS）平台，该平台适合在动态生物过程中对膜接触位点进行整体分析。研究人员证明了这种方法能够捕捉到在感染显着的DNA病毒病原体HCMV期间膜接触位点对细胞器结构和功能的协调调节的范围。

2.研究人员将HCMV诱导的膜接触位点与其他DNA病毒（HSV-1）和RNA病毒（甲型流感、HCOV-OC43）进行比较，发现细胞器接触的时空调节是这些病原体感染的一个共同特征。

3.结合本研究的发现与活细胞显微镜和病毒学分析，研究人员建立了内质网介导的膜接触位点的时间敏感调节线粒体和过氧化物体的亲病毒改变。

4.HCMV临时性地重组内质网-线粒体接触以促进病毒增殖，帮助逃避STING免疫信号。

5.由ACBD5介导的内质网-过氧化物酶体接触在整个HCMV感染过程中增加，以控制病毒的过氧化物酶体的大小和数量。

1.高通量监测膜接触位点平台的建立

细胞器上膜接触位点特异性蛋白质的丰度可以受到细胞表达、蛋白质定位和翻译后修饰的影响，这既决定了细胞器之间的接触程度，也决定了相互作用的潜在功能。因此，研究人员试图开发一种方法，可以在没有事先样本干扰的情况下同时定量所有膜接触位点上的蛋白质，从而允许跨条件直接比较天然蛋白质的丰度。

研究人员使用平行反应监测（PRM）的定向质谱方法，该方法允许对复杂样本中难以检测的蛋白质进行精确定量。PRM根据实验确定的检测参数选择性地监测感兴趣蛋白质的独特多肽签名。

结果表明，MCS-PRM需要的原料很少，并且适用于随时间的MCSs的整体定量以及动态生物环境中的MCSs的监测。

2.人巨细胞病毒感染增加细胞器接触蛋白

在验证了MCS-PRM分析后，研究人员量化了感染HCMV过程中MCS蛋白的丰度，并进一步将其与HSV-1、甲型流感、HCoV-OC43感染进行了比较。

研究发现，HCMV在感染期间引发MCS蛋白丰度几乎全部增加，大多数蛋白增加2到5倍。相比之下，流感使许多MCS蛋白下调约2倍，HCoV-OC43和HSV-1导致总体轻微变化。

与具有相似定位和功能的非MCS蛋白相比，MCS蛋白丰度的变化更加丰富，尤其是对于HCMV感染。

这些结果表明，在HCMV感染过程中，MCS蛋白的丰度发生了选择性的改变，而不是共享的亚细胞隔间或功能途径的蛋白。

最近发现，过氧化物酶体的功能包括抗病毒免疫信号和促病毒脂代谢，以及像HCMV和流感这样的病毒。由于ACBD5-VAPs复合体同时调节过氧化物酶体膜生长和脂质代谢，因此内质网-过氧化物酶体接触可能导致在不同感染期间观察到的不同的过氧化物酶体重塑事件。

在HCMV感染过程中，线粒体MCS蛋白受到最广泛的调控。与HCMV感染期间增加的蛋白相反，HSV-1、甲型流感、HCoV-OC43的这些蛋白减少了2倍、3倍和2倍。

研究的结果也表明，病毒早期或早期的基因产物，如转录或翻译激活子，在感染过程中可能是MCS蛋白上调的原因。

3.线粒体-内质网包膜促进感染

MCS-PRM的发现说明MCS如何在病毒复制周期的不同阶段控制进展。结果显示在巨细胞病毒感染过程中，内质网与线粒体的相互作用增强。

在MCS-PRM数据库中的线粒体MCS蛋白中，VAP-B和PTPIP51形成了在HCMV感染期间上调最多的内质网-线粒体MCS复合体，增加了2倍以上。PTPIP51是一种胞浆蛋白，被VAP-B招募到内质网线粒体MCSs中，它们的相互作用是内质网-线粒体钙转移和线粒体完整性所必需的，这一过程已知受到HCMV的调控。

研究证明了HCMV感染增加了内质网-线粒体相互作用，并在感染后期将内质网-线粒体相互作用重建为稳定的囊膜，增强了PTPIP51-VAP-B的连接，有利于病毒增殖。

4.内质网-线粒体接触增强STING信号转导

在HCMV感染期间，MCS蛋白丰度、细胞器接触和功能存在时间敏感的调节。在感染后期，MCS-PRM和显微镜分析的集成导致了内质网-线粒体接触的增加和重组，以促进病毒增殖。然而，在感染早期，尽管MCS蛋白水平升高，内质网-线粒体相互作用和PTPIP51-VAP-B连接并没有增加。

他们的研究结果表明，STING免疫通路是过早的内质网-线粒体抗病毒作用的贡献者。

鉴于STING途径的广泛重要性，研究人员测试了HSV-1和INFL中增加的内质网-线粒体连接的抗病毒能力。结果表明，内质网-线粒体接触的时间敏感性调节可能调节感染期间的STING信号。

5.ACBD5介导的内质网接触增加以重塑过氧化物酶体

内质网-线粒体的结构、功能和接触程度有助于亲病毒细胞器的重建，这促使研究人员进一步探索MCS-PRM数据集。过氧化物酶体-内质网接触受HCMV感染的显着调节。

在整个HCMV感染过程中，内质网-过氧化物酶体MCS上的所有四种蛋白(ACBD4、ACBD5、VAP-A、VAP-B)都大量增加，而在所研究的其他感染中它们的含量略有下降。

在病毒感染过程中，过氧化物酶体作为细胞器在抗病毒和促病毒作用之间的枢纽作用引起了人们的注意，其功能变化通常涉及到过氧化酶体的形状、组成和数量的变化。

虽然内质网是调节过氧化物体的中心，但在病毒感染期间，内质网与过氧化物体的接触还没有被检测过。MCS-PRM表明，到HCMV感染后48小时，ACBD5和VAP-B增加了三倍以上。

研究人员证实MCS-PRM发现的蛋白质丰度的变化代表了HCMV感染过程中内质网-过氧化物酶体接触的增加。ACBD5介导的内质网接触，特别是由沿内质网膜扩大的过氧化物酶体形成的接触，对于病毒导向的过氧化物酶体膜扩张是充分和必要的。

研究结果还表明，在HCMV感染中，内质网与过氧化物酶体的接触在早期受到抑制，后来又增加，以控制前病毒过氧化物酶体生物发生和膜扩张之间的平衡。

本文小结

本文中，研究人员报告了一个MCS-PRM实验平台的设计、应用和验证，该平台用于在动态生物过程中对MCS调控进行有针对性的高通量分析。

研究发现了一种以前未报道的由感染形成的接触结构(MENC)，确定了内质网-线粒体在STING免疫中的作用，并证明了内质网与过氧化物酶体的接触为前病毒的过氧化物酶体重塑提供了机制基础。

本研究也说明了在感染期间对MCSs进行时间敏感控制的重要性。在HCMV感染过程中，PTPIP51和ACBD5都增加了丰度，内质网连接增加，是病毒产生所必需的。但过早诱导内质网与线粒体或过氧化酶体接触会对病毒复制产生负面影响。MCSs的时间调节可以在细胞器的抗病毒和促病毒功能之间提供平衡点。

MCSs可以作为病毒调节细胞器间通讯的平台，以发挥跨越亚细胞空间的功能，并在感染时间内微调这些功能。这里定义的MCS中病毒驱动的变化的持续研究将刺激对病毒如何协调细胞内和细胞间信号事件的大量发现，这些信号事件决定了感染的进展及其导致的病理。

原始出处：

Cook， K.C.， Tsopurashvili， E.， Needham， J.M. et al. Restructured membrane contacts rewire organelles for human cytomegalovirus infection. Nat Commun 13， 4720 (2022). https：//doi.org/10.1038/s41467-022-32488-6.