COVID-19不仅会引发肺部和呼吸道病变，越来越多的临床研究还发现，新冠及长新冠患者常伴随脂质代谢紊乱，并具有更高的心血管疾病风险【1-3】。尤其是血液中胆固醇的水平发生了明显变化，表明新冠病毒感染改变了机体胆固醇代谢通路，破坏了胆固醇代谢平衡。但是由于研究样品的局限性，除了血液中胆固醇水平的改变，新冠病毒如何影响组织和细胞中胆固醇却仍不清楚。
近日，来自新墨西哥大学的蒲静团队在Cell Reports杂志上发表了题为SARS-CoV-2 ORF3a blocks lysosomal cholesterol egress by disrupting VPS39-regulated NPC2 trafficking andBMP metabolism的研究文章，揭示了新冠病毒（SARS-CoV-2）扰乱细胞胆固醇代谢的分子机制。研究团队通过新冠病毒感染人源细胞的模型，结合高分辨率成像和高通量统计分析，发现被感染细胞的溶酶体会大量积累胆固醇，从而改变胆固醇在细胞内的分布。
食物来源的胆固醇以脂蛋白的形式在血液中循环并通过细胞表面受体进入细胞，最终进入溶酶体。溶酶体分解脂蛋白释放出胆固醇并将其分布到其它细胞器或结构中供细胞使用。因此，溶酶体是细胞内胆固醇加工和再分配的重要枢纽。当胆固醇聚集在溶酶体中，就会影响胆固醇的运输，存储，合成和分泌等一系列通路，从而打破胆固醇代谢平衡。
研究团队通过逐一检测新冠病毒蛋白，发现单独表达其附件蛋白之一ORF3a就足以引起胆固醇在溶酶体中聚集。ORF3a能够与宿主细胞中的HOPS复合体发生相互作用，从而干扰其正常功能【4, 5】。团队之前的工作发现HOPS和其它溶酶体蛋白及蛋白复合体ARL8及BORC一起调控新合成的溶酶体蛋白的运输，包括胆固醇转运蛋白NPC2 6。在本项工作中，他们进一步研究发现，ORF3a通过干扰HOPS功能，导致retromer复合体异常滞留于内体-溶酶体系统，阻碍蛋白转运受体的正常回收，进而影响NPC2向溶酶体的运输。基因敲除retromer可以复现胆固醇的聚集及NPC2和蛋白转运受体的缺陷。
值得一提的是，HOPS的蛋白亚基VPS39可以和新冠病毒的ORF3a互作，却不会和非典病毒SRAS-CoV的ORF3a互作【4】。该团队发现表达非典病毒的ORF3a并不会引起类似的胆固醇积累现象。通过对新冠病毒及非典病毒的ORF3a进行结构比较，他们在已知的互作位点基础上又发现了新的结合位点。这些位点的突变不仅阻碍了ORF3a和VPS39的互作，也消除了胆固醇的积累，再次证明ORF3a是通过VPS39起作用。另外，通过对新冠病毒各个流行亚株基因序列进行比对，他们发现ORF3a对VPS39结合位点的序列完全保守，提示其重要性。
除了影响NPC2的运输，ORF3a也降低了溶酶体膜上特异的一种磷脂bis (monoacylglycerol) phosphates（BMPs）。BMP能够与NPC2协同促进胆固醇转运。结合溶酶体蛋白质组学和细胞脂质组学分析，研究团队发现ORF3a降低了溶酶体和线粒体的相互作用并且改变了线粒体心磷脂的代谢。心磷脂和BMP的共同前体是在线粒体富集的磷脂酰甘油（phosphatidylglycerol， PG）。这些结果提示，作为BMP前体的磷脂酰甘油可能通过线粒体-溶酶体之间的物质交换被输送至溶酶体，从而参与BMP的合成。ORF3a阻碍了这两种细胞器的相互作用进而降低了BMP水平。ORF3a的这个作用还是通过VPS39，因为ORF3a对VPS39结合位点的突变体并不会影响BMP水平。通过基因敲除、RNA干扰以及电子显微镜分析，研究团队发现抑制自噬 （autophagy）或线粒体来源囊泡（mitochondrion-derived vesicles， MDVs）的生成并不会影响BMP水平，但ORF3a会减少线粒体-溶酶体膜接触位点（membrane contact sites， MCS）的发生，提示磷脂酰甘油是通过这个机制进行细胞器间转运。
这项研究系统揭示了新冠病毒如何通过ORF3a重塑细胞内胆固醇代谢网络。ORF3a直接和VPS39相互作用，一方面干扰NPC2的正常运输，另一方面破坏线粒体-溶酶体膜接触位点并降低BMP水平，两条途径共同导致胆固醇在溶酶体中异常积累。这项工作为揭示新冠中胆固醇代谢紊乱提供了可能的机制基础，也为靶向新冠病毒在脂代谢中的影响提供了理论依据。
本文的第一作者为新墨西哥大学博士生Baley Goodson，蒲静为通讯作者。同校的Alison Kell， Steven Bradfute，Monica Rosas Lemus 团队以及德克萨斯大学圣安东尼奥健康科学中心的韩贤林团队为本项研究提供了大力支持。
原文链接： https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(26)00622-4
制版人：十一
参考文献
1.Li, Y. et al., Pan, P. Lipid metabolism changes in patients with severe COVID-19.Clin Chim Acta517, 66–73 (2021).
2.Xu, E., Xie, Y. & Al-Aly, Z. Risks and burdens of incident dyslipidaemia in long COVID: a cohort study.Lancet Diabetes Endocrinol11, 120–128 (2023).
3.López-Hernández, Y. et al., Monárrez-Espino, J. Untargeted analysis in post-COVID-19 patients reveals dysregulated lipid pathways two years after recovery.Front Mol Biosci10, 1100486 (2023).
4.Miao, G. et al., Zhang, H. ORF3a of the COVID-19 virus SARS-CoV-2 blocks HOPS complex-mediated assembly of the SNARE complex required for autolysosome formation.Dev Cell56, 427–442.e5 (2021).
5.Zhang, Y. et al., Lu, K. The SARS-CoV-2 protein ORF3a inhibits fusion of autophagosomes with lysosomes.Cell Discov7, 31 (2021).
6.Anderson, J., Walker, G. & Pu, J. BORC-ARL8-HOPS ensemble is required for lysosomal cholesterol egress through NPC2.Mol Biol Cell33, ar81 (2022).
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