以登革病毒、寨卡病毒、乙型腦炎病毒為代表的黃病毒（Flavivirus）由蚊蟲攜帶並傳播，每年導致數億人感染、數十萬人死亡，引起嚴重的公共健康問題。
蚊媒黃病毒的基因組均為單鏈正向RNA，其病毒基因組可直接作為mRNA使用，轉譯成一條多聚病毒蛋白。隨後，在病毒自身編碼蛋白酶與宿主蛋白酶作用下，多聚蛋白被切割成相等量的多個結構蛋白和非結構蛋白。結構蛋白被組裝到病毒粒子中並釋放到細胞外；但大多數非結構蛋白仍滯留在胞內，隨著時間的推移發生積累並產生嚴重細胞毒性，導致感染細胞死亡。由於被感染宿主細胞的快速死亡不利於病毒高效率復制，對積累的多余非結構蛋白如何被清除的機制尚不清楚。
2024年4月9日，清華大學程功教授團隊在【美國國家科學院院刊】（PNAS）上發表了題為：An evolutionarily conserved ubiquitin ligase drives infection and transmission of flaviviruses 的研究論文。
該研究揭示蚊媒黃病毒（Mosquito-borne flavivirus）可基於一種前進演化保守的機制，利用宿主泛素化系統平衡病毒蛋白在宿主細胞內的穩態，從而使病毒在蚊蟲和宿主細胞中實作高效率感染，該工作也為阻斷蚊媒黃病毒感染和傳播提供了潛在靶點。
研究團隊首先利用雙鏈RNA（dsRNA）介導的基因沈默技術在埃及伊蚊（Aedes aegypti）體內敲低110種E3連線酶，並研究對登革病毒感染的影響。研究結果顯示，AAEL004697編碼的E3連線酶HRD1（AaHRD1）能顯著促進登革病毒及寨卡病毒在埃及伊蚊體內的感染。透過序列比對發現，HRD1在不同物種高度保守，致倦庫蚊（Culex quinquefasciatus）中HRD1的同源基因可促進乙型腦炎病毒感染。同時，小鼠的HRD1同源基因是輔助登革病毒及寨卡病毒在哺乳動物宿主中感染的關鍵基因。
隨後，研究團隊探究HRD1促進蚊媒黃病毒感染的分子機制。前期研究結果發現，蚊媒黃病毒非結構蛋白NS4A過度積累會對宿主細胞產生嚴重毒性，影響黃病毒多聚蛋白在內質網的加工與表達，從而抑制病毒感染。然而，HRD1能特異性與黃病毒非結構蛋白NS4A發生互作，導致NS4A上一個保守的賴胺酸位元點發生泛素化修飾，並透過ERAD途徑將其降解。這項研究結果顯示，HRD1透過ERAD途徑降解NS4A，避免了NS4A過度積累引起的毒性，使被感染的蚊蟲和哺乳動物細胞維持正常生理狀態，最終促進病毒在細胞內的感染復制（圖1）。
圖1. HRD1促進黃病毒感染機制
LS-102小分子是HRD1的特異性抑制劑，也是用作治療類風濕性關節炎等疾病的候選藥物小分子。研究團隊發現LS-102能顯著抑制登革病毒感染埃及伊蚊及AG6小鼠模型。最後，研究者利用「感染宿主-蚊蟲」的病毒傳播模型評估了LS-102小分子抑制劑對登革病毒傳播的影響。結果顯示，向感染小鼠腹腔註射LS-102可顯著抑制登革病毒在小鼠模型上的感染，同時抑制病毒完成「宿主-蚊蟲」的傳播周期，大幅降低蚊蟲的感染率 （圖2）。以上數據證明LS-102是一種潛在的阻抑黃病毒感染與傳播的候選藥物分子。
圖2. HRD1抑制劑LS-102小分子可抑制登革病毒感染與傳播
清華大學基礎醫學院程功教授為論文通訊作者。清華大學基礎醫學院博士後武琳娟為論文第一作者。美國康乃狄克大學醫學院王朋華教授，清華大學基礎醫學院助理研究員朱毅斌，深圳灣實驗室傳染病研究所助理研究員林財，清華大學基礎醫學院博士後馮勝勇，清華大學基礎醫學院2019級博士研究生張禮銘、2018級博士研究生陳璐、2023級博士研究生王剛為該論文合作者。該研究受到科技部國家重點研發計劃「病原學與防疫技術體系研究」、國家自然科學基金委「病原體與宿主基礎科學中心」、國家傑出青年科學基金計畫、深圳灣實驗室科研計畫基金、清華大學春風基金、中國科協青年人才托舉工程、雲南省專家工作站、雲南省科技廳創新團隊計畫、西南聯合研究生院科技計畫、萬科基金、新基石科學基金、騰訊基金科學探索獎等計畫聯合資助。
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