《Cell Discovery 13.0》：Targeting Viperin prevents coxsackievirus B3-induced acute heart failure
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为解决柯萨奇病毒 B3（CVB3）诱导急性心力衰竭（AHF）机制不明及缺乏靶向治疗策略的问题，研究人员开展了关于 CVB3 与 AHF 关系的研究。结果发现 Viperin 在其中起关键作用，并设计出干扰肽 VS-IP1 可预防 AHF，为治疗提供新方向。
在全球范围内，心力衰竭（HF）是一个严峻的健康问题，影响着约 2300 万人，其高死亡率给公共卫生带来了沉重负担。急性心力衰竭（AHF）作为 HF 的一种严重类型，发病迅速且心脏结构变化不明显，这使得探究其发病机制困难重重。柯萨奇病毒 B3（CVB3）是诱发 AHF 的常见病原体，在过去二十年里，由其引发的心脏疾病发病率呈上升趋势，严重感染时可导致年轻人和中年人猝死。尽管目前对 CVB3 诱导的心肌炎已有一定研究，但对于 CVB3 如何特异性地调节心脏功能异常以引发 AHF，仍知之甚少。
在此背景下，苏州大学等机构的研究人员开展了深入研究，旨在揭示 CVB3 诱导 AHF 的关键机制，为开发有效的治疗策略提供理论依据。该研究成果发表在《Cell Discovery》杂志上。
研究人员运用了多种关键技术方法。在动物实验方面，使用了 Viperin 基因敲除（Viperin-/-）小鼠和野生型 C57BL/6 小鼠，通过感染 CVB3 观察小鼠的疾病进展和心肌功能变化。细胞实验中，对多种细胞进行培养和转染，包括 HEK293T、HL-1 等细胞。还运用了蛋白质免疫印迹（Western blot）、免疫沉淀（Immunoprecipitation）、质谱分析（Mass spectrometry）等技术来检测蛋白表达、蛋白间相互作用以及鉴定相关蛋白。此外，通过构建重组腺相关病毒（AAV9）载体实现心肌细胞特异性基因表达，利用定量蛋白质组学分析筛选差异表达蛋白。
研究结果如下：
- Viperin 是介导 CVB3 诱导心脏功能障碍和 AHF 的关键因素：研究人员发现，CVB3 感染心肌细胞可诱导 Viperin 蛋白产生，而其他病毒如水泡性口炎病毒（VSV）、甲型流感病毒（H1N1）等感染时则无此现象。对比 Viperin+/+和 Viperin-/-小鼠感染 CVB3 后的情况，发现 Viperin 缺失虽不影响体内 CVB3 感染，但能显著改善心肌功能，降低血清脑钠肽（BNP）水平，保护小鼠免受 CVB3 诱导的 AHF。进一步研究发现，心脏特异性过表达 Viperin 可导致小鼠出现类似 AHF 的心脏功能障碍，且在 CVB3 阳性的 AHF 患者血清中，Viperin 蛋白水平显著升高，表明 Viperin 与心肌功能受损及 AHF 密切相关。
- Viperin 促进心肌细胞中 SGK1 信号通路：研究表明，血清和糖皮质激素调节激酶 1（SGK1）在 HF 过程中持续激活，与心脏电和机械重构相关。研究人员发现，在 CVB3 诱导的 AHF 小鼠心脏组织中，SGK1 蛋白水平上调，而 Viperin-/-小鼠心脏组织中的 SGK1 水平则明显降低，说明 Viperin 与 SGK1 呈正相关。进一步实验证实，Viperin 可调节 SGK1 表达，促进细胞膜上钾通道 KCNQ1 的表达，激活 SGK1-KCNQ1 信号通路，从而介导心脏电功能障碍和 AHF。
- Viperin 通过降低 STAT1 水平调节 SGK1 表达：由于 Viperin 并非转录因子却能上调 Sgk1 mRNA 水平，研究人员推测存在与 Viperin 相互作用的转录因子参与此过程。通过质谱分析和一系列实验验证，发现信号转导和转录激活因子 1（STAT1）是 SGK1 表达的抑制性调节因子。Viperin 可与 STAT1 相互作用，降低其蛋白水平，进而促进 SGK1 转录表达。在 CVB3 感染过程中，STAT1 作为 Viperin 的下游效应因子和 SGK1 的上游因子发挥作用。
- Viperin 通过 UBR5 促进 STAT1 泛素化和降解：研究发现，Viperin 可调节 STAT1 的泛素化和蛋白稳定性。蛋白酶体抑制剂 MG132 可抑制 Viperin 介导的 STAT1 蛋白水平下降，表明 Viperin 通过蛋白酶体途径促进 STAT1 降解。进一步研究发现，泛素 E3 连接酶 UBR5 在 Viperin 介导的 STAT1 降解中起关键作用。Viperin 过表达可促进 STAT1 与 UBR5 的相互作用，增强 STAT1 的泛素化，而 UBR5 敲除则可阻断这一过程，抑制 CVB3 诱导的 STAT1 下调和 SGK1 信号通路激活。
- CVB3 编码的 3C 蛋白酶切割 UBE4A 以恢复 Viperin 蛋白表达：研究人员探究了 CVB3 感染时心肌细胞中 Viperin 蛋白恢复的机制，发现 CVB3 感染可减弱 Viperin 蛋白的泛素化。由于 Viperin 泛素化受 HAT1-UBE4A 轴调控，研究发现 CVB3 感染可降低 UBE4A 蛋白水平，且 CVB3 编码的 3C 蛋白酶可通过切割 UBE4A 蛋白上的特定序列（Q328G329）来下调 UBE4A 水平，从而恢复 Viperin 蛋白表达。恢复的 Viperin 蛋白与 STAT1 相互作用，导致 STAT1 降解，进而激活 SGK1 信号通路。
- 干扰肽（IP）VS-IP1 可预防 CVB3 诱导的 AHF：为阻断 Viperin-STAT1 相互作用，研究人员设计了干扰肽 VS-IP1。实验表明，VS-IP1 可有效抑制 Viperin 介导的 STAT1 降解，降低 STAT1 泛素化水平，抑制 Viperin 诱导的 SGK1 和细胞膜 KCNQ1 蛋白水平上调。在动物实验中，VS-IP1 处理可使感染 CVB3 的小鼠心脏组织中 STAT1 蛋白水平升高，SGK1 蛋白水平降低，维持心脏电生理相对正常，有效预防 CVB3 诱导的 AHF。
研究结论表明，Viperin 蛋白是 CVB3 感染诱导 AHF 的关键调节因子，其通过激活 SGK1-KCNQ1 信号通路导致心脏离子通道改变，最终引发心脏功能障碍和 AHF。同时，研究设计的干扰肽 VS-IP1 为治疗 CVB3 诱导的 AHF 提供了潜在的新策略。该研究不仅揭示了 CVB3 与心脏电功能障碍之间的新信号联系，还为 AHF 的治疗开辟了新方向，具有重要的理论和临床意义。未来，有望基于此研究进一步开发针对 AHF 的靶向治疗药物，为患者带来新的希望。
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