細胞中的溶酶體（lysosome）被稱為細胞的“垃圾處理廠“，它通過消化細胞中錯誤折疊的蛋白、“廢舊”的細胞器，產生氨基酸，為細胞合成新的蛋白質提供原料。溶酶體介導的蛋白降解也是細胞消滅病毒的有力工具之一。

然而，日前美國國立衛生研究院（NIH）的研究團隊發現，包括新冠病毒在內的β-冠狀病毒，能夠“劫持”溶酶體作為自身傳播的工具，同時導致溶酶體中降解酶的失活，並且擾亂抗體呈現通路。研究人員表示，這一研究結果有助於解釋COVID-19患者中出現的細胞和免疫異常，並且可能提供開發治療手段的全新思路。這項研究發表在《細胞》雜誌上。

令人驚訝的發現

科學家們已經知道，病毒感染細胞之後，會利用細胞生產蛋白的機制，合成自身複製所需的蛋白，在細胞內增殖，最後脫離細胞去感染其它的細胞。然而，對病毒如何脫離細胞的了解仍然很有限。傳統的理解是，複製生成的病毒顆粒會從內質網轉移到高爾基體，然後被高爾基體分泌的屬於生物合成分泌通路（biosynthetic secretary pathway）的囊泡攜帶到細胞膜表面，與細胞膜融合之後脫離細胞。諸如丙肝病毒、登革熱病毒和西尼羅河病毒（West Nile Virus）等包膜RNA病毒均採用這種方式脫離細胞，科學家們以為冠狀病毒也採用同樣的方式脫離細胞。

在這項研究中，NIH的科學家對小鼠肝炎病毒（mouse hepatitis virus， MHV）的脫離方式進行了研究。這是一種β-冠狀病毒。他們首先用抑制生物合成通路的抑製劑處理受到病毒感染的細胞，如果MHV病毒利用生物合成分泌通路脫離細胞的話，抑制這一通路理論上可以抑制病毒的釋放。

“令我們驚訝的是，這些冠狀病毒仍然能夠正常脫離細胞。”這一研究的負責人，NIH國立心肺血液研究所（NHLBI）的Nihal Altan-Bonnet博士說，“這是我們獲得的第一個線索，冠狀病毒可能在使用另外的通路。”

這篇科學論文的資深作者Nihal Altan-Bonnet博士（圖片來源：NIH官網）

進一步的顯微鏡成像研究顯示，冠狀病毒會被運送到溶酶體中，並且在那裡聚集。可是溶酶體裡的環境通常是強酸性，那裡有很多消化蛋白的酶。冠狀病毒如果通過溶酶體脫離細胞，為什麼不會被溶酶體消化掉？

病毒“劫持”溶酶體的“狡猾手段”

研究人員用能夠顯示pH值的染料對被MHV感染的細胞進行了染色，他們發現，被MHV感染的細胞中，溶酶體的pH值顯著升高，未感染的細胞中溶酶體的平均pH值為4.7，而被MHV感染的細胞中溶酶體的pH值則提高到5.7。以往的研究顯示，溶媒體中的酶的活性與pH值有很大關聯，pH值的微小上升就可以導致蛋白酶活性的顯著下降。對蛋白酶活性的檢測表明，被MHV感染的細胞中，溶酶體內的蛋白酶活性降低了40%。

所以，MHV病毒感染可以通過提高溶酶體的pH值，降低其中蛋白酶的活性，讓溶酶體可以被病毒用於脫離細胞。研究人員還發現新冠病毒的ORF3a蛋白也會靶向溶酶體並且可能導致溶酶體酸性降低。

新生成的β-冠狀病毒可以利用溶酶體途徑脫離細胞

抗病毒療法的新思路

既然冠狀病毒通過溶酶體通路脫離細胞，那麼抑制溶酶體通路能不能減少病毒的釋放呢？研究人員使用一種名為CID1067700的抑製劑來抑制溶酶體的生成。他們發現，雖然這種抑製劑不會影響細胞的活力，或者病毒的感染和復制，但是它顯著降低了病毒的釋放。在4 µM時將病毒釋放降低了100倍，在40 µM時病毒釋放降低了1000倍！

“溶酶體通路提供了一種構建靶向療法的全新思路。“Altan-Bonnet博士說。她的研究團隊正在進行進一步研究，檢驗這類藥物干預能否有效降低冠狀病毒的傳播，以及是否有已經獲批的藥物能夠阻斷這一通路。她同時表示，這一研究可能幫助防治未來由其它冠狀病毒引起的流行病。