新冠病毒（SARS-CoV-2）是一種RNA病毒，是COVID-19大流行的罪魁禍?zhǔn)?。?0 kb的基因組編碼26個多肽/蛋白，包括16個非結(jié)構(gòu)蛋白， 4個結(jié)構(gòu)蛋白（例如核衣殼蛋白）和6個附屬蛋白。

病毒感染會影響多個細(xì)胞通路，包括細(xì)胞自噬、泛素-蛋白酶體系統(tǒng)（UPS），以及DNA損傷反應(yīng)（DDR）。雖然有不少關(guān)于DNA病毒與DDR之間相互作用的研究，但還缺乏RNA病毒對宿主基因組完整性和DDR影響的具體描述和機(jī)制探索。

COVID-19大流行以來的許多研究顯示，新冠病毒對人類健康的影響比其他呼吸道病毒更大，其感染還會導(dǎo)致長期新冠（Long COVID），似乎還會導(dǎo)致感染者加速衰老。

細(xì)胞核DNA是**不可替代的細(xì)胞成分，新冠病毒感染所造成的這些嚴(yán)重健康后果，是否是其對細(xì)胞核DNA產(chǎn)生了損傷所導(dǎo)致的呢？

2023年3月9日，意大利AIRC分子腫瘤研究所的研究人員在 Nature 子刊 Nature Cell Biology 上發(fā)表了題為：SARS-CoV-2 infection induces DNA damage, through CHK1 degradation and impaired 53BP1 recruitment, and cellular senescence 的研究論文。

該研究發(fā)現(xiàn)，新冠病毒（SARS-CoV-2）感染會在體外培養(yǎng)細(xì)胞中和體內(nèi)都引起DNA損傷。在機(jī)制上，新冠病毒表達(dá)的蛋白ORF6和NSP13分別通過蛋白酶體和自噬引起DNA損傷反應(yīng)激酶CHK1的降解。CHK1缺失導(dǎo)致合成DNA的脫氧核糖核苷三磷酸（dNTP）減少，從而導(dǎo)致DNA復(fù)制受損。此外，新冠病毒核衣殼蛋白（N蛋白）通過與損傷誘導(dǎo)的長非編碼RNA（dilncRNA）結(jié)合抑制53BP1蛋白招募，從而減少DNA損傷修復(fù)。DNA損傷的出現(xiàn)和修復(fù)受損的積累，導(dǎo)致了細(xì)胞衰老和炎癥發(fā)生。

也就是說，作為RNA病毒的新冠病毒在感染細(xì)胞后，自身RNA復(fù)制消耗了大量核糖核苷三磷酸（rNTP），而這是以犧牲細(xì)胞自身DNA復(fù)制所需的脫氧核糖核苷三磷酸（dNTP）為代價(jià)，此外，新冠病毒還劫持了損傷誘導(dǎo)的長非編碼RNA（dilncRNA）威脅素質(zhì)基因組完整性，激活DNA損傷反應(yīng)、導(dǎo)致DNA損傷積累，誘導(dǎo)炎癥和細(xì)胞衰老。

這些研究結(jié)果揭示了新冠病毒感染對細(xì)胞生物學(xué)的深遠(yuǎn)影響，它們威脅著*重要的細(xì)胞成分——細(xì)胞核DNA。眾所周知，DNA損傷積累與癌癥和衰老有關(guān)。

為了確定新冠病毒感染是否會激活DNA損傷反應(yīng)（DDR），研究團(tuán)隊(duì)用新冠病毒感染人類細(xì)胞系，并對DDR標(biāo)志物進(jìn)行**印跡分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，新冠病毒感染確實(shí)激活了DDR。然后，研究團(tuán)隊(duì)使用單細(xì)胞凝膠電泳實(shí)驗(yàn)證實(shí)了新冠病毒感染后的細(xì)胞存在DNA碎片。這些事件伴隨著促炎信號產(chǎn)生和細(xì)胞衰老出現(xiàn)。

接下來，研究團(tuán)隊(duì)探究了新冠病毒感染導(dǎo)致DNA損傷反應(yīng)（DDR）的分子機(jī)制。研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，新冠病毒表達(dá)的蛋白質(zhì)通過不同的機(jī)制劫持細(xì)胞核苷酸代謝。具體來說，病毒因子ORF6和NSP13促進(jìn)了檢查點(diǎn)激酶1（CHK1）的降解，而CHK1是一種參與協(xié)調(diào)DDR的酶。CHK1水平的降低被認(rèn)為會導(dǎo)致核糖核苷三磷酸（rNTP）的積累，這是促進(jìn)RNA病毒復(fù)制所必需的（新冠病毒正是一種RNA病毒）。然而，rNTP的積累似乎是以dNTP減少為代價(jià)的，新冠病毒感染后，細(xì)胞內(nèi)dNTP水平顯著下降，這導(dǎo)致了DNA復(fù)制受損和DNA損傷。

此外，研究團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)了新冠病毒感染的細(xì)胞中DNA斷裂積累的證據(jù)，因?yàn)閾p傷的DNA沒有得到及時有效的修復(fù)。具體來說，新冠病毒的核衣殼蛋白（N蛋白）和53BP1蛋白競爭與損傷誘導(dǎo)的長非編碼RNA的結(jié)合，損害了結(jié)合蛋白53BP1的局部募集，從而減少了DNA修復(fù)。

總的來說，這些發(fā)現(xiàn)表明，新冠病毒感染后既會誘導(dǎo)DNA損傷，也會損害DNA損傷后修復(fù)，*終導(dǎo)致細(xì)胞衰老并傳播炎癥。該研究還進(jìn)一步證明了這些事件在新冠病毒感染的小鼠模型和人類中都在發(fā)生。

新冠病毒感染對宿主基因組完整性和細(xì)胞衰老的雙重影響，左側(cè)：新冠病毒感染促進(jìn)CHK1降解，導(dǎo)致核糖核苷二磷酸還原酶亞基（RRM2）減少，進(jìn)一步導(dǎo)致DNA合成所需dNTP水平下降、抑制了DNA復(fù)制，造成DNA損傷；右側(cè)：新冠病毒核衣殼蛋白（N蛋白）與損傷誘導(dǎo)的長鏈非編碼RNA（dilncRNA）結(jié)合，導(dǎo)致53BP1失活和DNA修復(fù)缺陷。

這些研究結(jié)果揭示了新冠病毒感染對細(xì)胞生物學(xué)的深遠(yuǎn)影響，它們威脅著*重要的細(xì)胞成分——細(xì)胞核DNA。眾所周知，DNA損傷積累與癌癥和衰老有關(guān)。盡管目前尚不清楚新冠感染對肺癌等癌癥發(fā)病率的長期影響，但已有不少研究顯示其會加速衰老表型。

這些發(fā)現(xiàn)可能為具有加速衰老特征的后新冠綜合征提供了一種機(jī)制解釋，新冠感染所導(dǎo)致的細(xì)胞衰老和炎癥觸發(fā)可能是一個重要的促成因素。事實(shí)上，慢性炎癥被認(rèn)為是肺纖維化、大腦退化和全身虛弱的根本原因。因此，新冠感染后的一開始局限于呼吸系統(tǒng)的問題可能會進(jìn)一步產(chǎn)生全身性后果。

該論文的通訊作者 Fabrizio d'Adda di Fagagna 表示，這項(xiàng)工作源于2019年的一次會議，在會議上自己聽到了一個數(shù)據(jù)——新冠病毒感染的細(xì)胞中三分之二的轉(zhuǎn)錄組來自新冠病毒。這里可在自己腦海中形成了一個想法——這必然會細(xì)胞執(zhí)行正常功能所需的核苷酸可用性產(chǎn)生了巨大影響。雖然自己的實(shí)驗(yàn)室并非研究病毒生物學(xué)，但自己博士階段恰好是研究HIV病毒，這也讓自己重拾對病毒的研究熱情。之前的研究已經(jīng)證明了DNA損傷和DNA損傷反應(yīng)（DDR）的激活與端粒誘導(dǎo)和癌基因誘導(dǎo)的細(xì)胞衰老的相關(guān)性，而這項(xiàng)研究拓展了DNA損傷和DNA損傷反應(yīng)（DDR）的激活與病毒誘導(dǎo)的細(xì)胞衰老的相關(guān)性。