战胜新冠病毒可用之利器 | 安捷伦 Seahorse 助力抗病毒研究

新型冠状病毒疫情牵动着每一个人的神经，自疫情发生以来，政府及时采取措施，全国各地医护人员团结一心，众志成城，在第一线与病毒作斗争。科研、临床、制药等领域人员通力合作，相信我们最终会取得这场战役的胜利。

病毒结构简单，必须寄生在活细胞中并以复制的方式增殖，但它又十分狡猾，就像罪犯躲避警察追捕一样，躲避着免疫系统的追捕。因此，只有了解病毒是如何作用于宿主细胞的，人们才能更好地对付它。

安捷伦的 Seahorse 能量代谢分析系统，能够实时无标记测量细胞的呼吸作用和糖酵解，从而反映细胞代谢的状态，在病毒学研究领域也有着广泛的应用。下面我们通过三个实例介绍 Seahorse 技术在病毒学研究中的具体应用。

流感病毒的研究

绝大多数人对流感都不陌生，流感是由流感病毒引起的。美国田纳西大学健康科学中心、圣犹大儿童研究医院的 Smallwood 等人于 2017 年在 Cell Report 上发表文章，阐述了流感病毒感染对宿主细胞的影响^[1]。他们用 Seahorse 技术测量发现流感病毒会引起正常人支气管上皮细胞糖酵解和谷氨酰胺分解增加，同时也会使氧消耗增加（图1），也就是说，呼吸道细胞的代谢在病毒感染后升高了。

这一发现启发了科学家们思考，改变代谢的药物是否可以用来治疗流感？结果与他们的预期相符，他们发现 PI3K/mTOR 的抑制剂 BEZ235 能够减少体内病毒的滴度，增加流感病毒感染小鼠的存活率，并且会逆转病毒感染诱导的宿主细胞的代谢变化。他们的研究为临床治疗提供了新的思路。

图 1. 流感病毒感染使正常人支气管上皮细胞的代谢流增加。(A-C) 正常人支气管上皮细胞在Seahorse 24孔板中里培养和分化，然后经过不同的处理：未处理（control），在 MOI 1用活病毒（CA04）或β-propriolactone失活的病毒（BPL）感染 17 个小时，或用 TLR 激动剂（LPS，PolyIC，R848）刺激。（A） ECAR（细胞外酸化速率）。（B）OCR（氧气消耗速率）。（C）PPR（质子产生速率）。

登革热病毒的研究

登革热是一种蚊媒病毒感染，感染会导致流感样症状，有时还会发展为可能致命的并发症，称为重症登革热。2017 年，美国罗德岛大学的科学家 Barbier 等人发表在 Virology 上的文章表明，登革热病毒感染时，被感染细胞线粒体的长度和呼吸都会增加^[2]。其中，对于线粒体呼吸作用的测量作者是用 Seahorse 技术来完成的（图2）。

这篇文章表明，登革热病毒感染后会影响宿主细胞线粒体的形态和功能，也提供了这样一种假说，改变线粒体的形态或许可以用来治疗或干预病毒感染。

图 2. 登革热病毒感染的细胞线粒体呼吸增加。（A）Seahorse 线粒体压力测试测量未感染和登革热病毒感染 48 小时后（MOI为1）Huh7 细胞的 OCR。（B）线粒体功能的参数，表现为与未感染细胞相比的倍数变化。

风疹病毒的研究

风疹是一种急性传染病病毒感染，风疹病毒感染通常会引起儿童和成人轻度发烧和皮疹。2018 年发表在 Journal of Virology 上的一篇研究风疹病毒的文章中，德国莱比锡大学的研究人员运用 Seahorse 技术发现风疹病毒感染诱导宿主细胞的生物能量状态转变为更高的氧化和糖酵解的表型（图3）^[3]。

这一崭新的研究成果揭示细胞代谢的改变是病毒-宿主相互作用过程中的重要一环，代谢表型可以作为病毒感染的生物标志物。

图 3. 感染风疹病毒的上皮细胞 Vero 的氧气消耗速率和代谢表型。（A）Seahorse 细胞线粒体压力测试测量对照和感染风疹病毒 72 小时的 Vero 细胞的 OCR。（B）线粒体呼吸作用计算。（C）图 A 获得的数据被用来计算备用储备能力（SRC）和 ATP 产生（ATP prod）。（D）对照和感染风疹病毒 72 小时的 Vero 细胞的代谢表型。（E）对照和感染风疹病毒 72 小时的 Vero 细胞基线条件下 OCR 与 ECAR 的比率。

此次新型冠状病毒的大规模感染使得人们重新审视流行病学的防治工作。对于新型病毒来说，短期内很难出现特效药或疫苗。抗病毒药物和疫苗的研制离不开对病毒本身的了解，由于病毒无法脱离宿主细胞而活，因此理解病毒如何作用于宿主细胞至关重要。安捷伦 Seahorse 技术聚焦代谢，能够帮助人们深入理解病毒作用于细胞的机制，为抗病毒药物和疫苗的研发奠定了理论基础。

参考文献:

1 Smallwood, H. S. et al. TargetingMetabolic Reprogramming by Influenza Infection for Therapeutic Intervention.Cell Rep 19, 1640-1653, doi:10.1016/j.celrep.2017.04.039 (2017).

2 Barbier, V., Lang, D., Valois, S.,Rothman, A. L. & Medin, C. L. Dengue virus induces mitochondrial elongationthrough impairment of Drp1-triggered mitochondrial fission. Virology 500,149-160, doi:10.1016/j.virol.2016.10.022 (2017).

3 Bilz, N. C. et al. Rubella Viruses ShiftCellular Bioenergetics to a More Oxidative and Glycolytic Phenotype with aStrain-Specific Requirement for Glutamine. J Virol 92, doi:10.1128/JVI.00934-18(2018).