甲硫氨酸代谢重塑EB病毒感染者的B细胞表观遗传景观

美国布莱根妇女医院Benjamin E. Gewurz小组的最新研究发现，甲硫氨酸代谢调控EB病毒(EBV)感染者B细胞的表观基因组和病毒潜伏期。2022年9月6日出版的Cell Metabolism《细胞-代谢》发表了这项成果。

研究人员使用氨基酸限制、代谢组学和CRISPR方法来确定充足的甲硫氨酸供应、甲硫氨酸和叶酸循环交叉以及维持Burkitt EBV基因沉默对EBV表观基因组的影响。甲硫氨酸限制或甲硫氨酸循环扰动、低甲基化EBV基因组和潜膜蛋白去抑制和裂解基因表达。甲硫氨酸代谢也调控了B细胞永生化所需的EBV潜伏基因。限制饮食甲硫氨酸改变了小鼠Burkitt异种移物的代谢组，并在体内抑制了EBV免疫原。这些结果表明EBV与B细胞生命周期的表观遗传/免疫代谢存在关联，并提出了治疗方法。

据介绍，EBV会导致宿主的表观遗传途径在病毒潜伏基序、定殖B细胞区室和重新激活之间切换。在记忆B细胞中，终身感染的储存库、EBV基因组DNA和组蛋白甲基化标记限制了基因表达。但这种表观遗传策略也使EBV感染的肿瘤（包括伯基特淋巴瘤）细胞能够逃避免疫监视。然而关于宿主细胞代谢如何促进EBV表观基因组改变的途径知之甚少。

原文：Methionine metabolism controls the B cell EBV epigenome and viral latency

作者: Rui Guo, Jin Hua Liang, Yuchen Zhang, Michael Lutchenkov, Zhixuan Li, Yin Wang, Vicenta Trujillo-Alonso, Rishi Puri, Lisa Giulino-Roth, Benjamin E. Gewurz

亮点：Highlights

• Methionine metabolism is critical for Epstein-Barr virus B cell latency

• Extensive crosstalk enables methionine metabolism to control the EBV epigenome

• Methionine restriction also impairs EBV-driven human B cell immortalization

• Dietary methionine restriction unmasks EBV antigens in Burkitt xenografts in vivo

摘要: Epstein-Barr virus (EBV) subverts host epigenetic pathways to switch between virallatency programs, colonize the B cell compartment, and reactivate. Within memory Bcells, the reservoir for lifelong infection, EBV genomic DNA and histone methylationmarks restrict gene expression. But this epigenetic strategy also enables EBV-infectedtumors, including Burkitt lymphomas, to evade immune detection. Little is known abouthost cell metabolic pathways that support EBV epigenome landscapes. We therefore usedamino acid restriction, metabolomic, and CRISPR approaches to identify that an abundantmethionine supply and interconnecting methionine and folate cycles maintain BurkittEBV gene silencing. Methionine restriction, or methionine cycle perturbation, hypomethylatedEBV genomes and de-repressed latent membrane protein and lytic gene expression. Methioninemetabolism also shaped EBV latency gene regulation required for B cell immortalization.Dietary methionine restriction altered murine Burkitt xenograft metabolomes and de-repressedEBV immunogens in vivo. These results highlight epigenetic/immunometabolism crosstalk supporting the EBVB cell life cycle and suggest therapeutic approaches.

DOI: https://doi.org/10.1016/j.cmet.2022.08.008 

原文: https://www.cell.com/cell-metabolism/fulltext/S1550-4131(22)00351-5 

Methionine restriction forces Epstein-Barr virus out of latency

EBV gene expression is repressed during viral latency to prevent an immune response, but it is not known how metabolism contributes to this silencing. In this issue of Cell Metabolism, Guo et al. describe how methionine restriction reactivates the expression of EBV genes, offering new therapeutic approaches against EBV-driven diseases.

述评：https://doi.org/10.1016/j.cmet.2022.08.009 

    EB病毒重塑宿主B细胞一碳代谢并驱动其致癌转化

    EB病毒（Epstein-Barr virus，EBV）是一种疱疹家族病毒，EB病毒具有在体内外专一性地感染人类及某些灵长类B细胞的生物学特性。EB病毒主要通过唾液传播。又被称为“亲吻病毒”，3～5岁幼儿90%以上曾感染EB病毒，90%以上的成人都有病毒抗体。此外EB病毒与鼻咽癌、儿童淋巴瘤的发生有密切相关性，被列为可能致癌的人类肿瘤病毒之一。

    EB病毒的一大特色是可以将原代B细胞转化为无限增殖的母细胞来达到潜伏的目的。虽然已经有一些对这一转化过程的基因层面的研究，但是EBV如何重塑B细胞通路以促进营养获取和细胞增殖是仍然未知的。近年来基于高分辨质谱的蛋白质组学技术为更深入的探索这一分子机制问题提供了可能。

    2019年6月27日，来自剑桥大学和哈佛医学院的的研究人员在国际著名期刊Cell Metabolism上发表文章对EBV感染B细胞的过程进行了多个时间点的全程观测，从蛋白质组学的角度入手来解释EBV如何通过重塑寄主细胞内的代谢通路来支持B细胞快速增殖。

    通过对未感染和EBV感染后9个不同时间点的B细胞的观测，作者共鉴定到超过8000个寄主蛋白和29个病毒蛋白。定量分析展示出在整个侵染过程中的线粒体重塑以及一碳单位代谢途径的激活。除此之外，作者还发现EBV编码的EBNA2及其靶蛋白MYC对关键的线粒体一碳单位代谢酶MTHFD2得上调是非常关键的，而这又对B细胞的生长和存活至关重要。

一、EBV侵染激活人B细胞内代谢通路

为了鉴定由病毒侵染所引起的寄主细胞代谢过程变化，作者利用TMT的方法对未侵染以及侵染后9个不同时间点的细胞样本（每个生物学重复采用4人混样，每个处理3次生物学重复）进行蛋白定量。共鉴定到8054个B细胞蛋白和29个病毒蛋白，其中6455个寄主蛋白和11个病毒蛋白在三个重复中被鉴定到。聚类分析显示病毒侵染后B细胞蛋白呈现出6种不同的动态表达模式，同时KEGG通路分析展示出一碳单位代谢和丝氨酸合成等通路被病毒侵染激活。

二、EBV通过病毒蛋白EBNA2调控人B细胞线粒体一碳单位代谢

研究发现EBV侵染初期已经激活了细胞内有氧酵解过程，所有与糖酵解相关的酶类都在侵染早期开始表达量上升，例如HK2 和GAPDH等。之前对EBV侵染过程中寄主细胞内线粒体的重构过程知之甚少。此研究发现线粒体蛋白组在病毒侵染后短时间内即发生重构，例如一碳单位代谢或脂肪酸代谢等通路都发生强烈上调。

由于EBV细胞核抗原EBNA2在有氧酵解过程中发挥的关键诱导作用，作者推测EBNA2有可能为病毒对寄主细胞代谢起到关键调节作用的蛋白。为了证实这个猜测，作者分别用正常EBV菌株B95-8/ EBNA2基因缺失的菌株/UV辐射处理的菌株侵染B细胞，只有B95-8侵染能够诱导线粒体一碳单位代谢酶的表达。

三、EBV诱导寄主细胞对丝氨酸的摄入和分解合成

丝氨酸与甘氨酸可为线粒体一碳单位代谢提供能量，因此作者推测在病毒侵染过程中寄主细胞增强了对俩种氨基酸的摄入或合成。分析显示，病毒侵染4天后，细胞内对丝氨酸的消耗达到最高值， 与此一致的是，主要的丝氨酸运输子ASCT1 和ASCT2得含量也在侵染后显著上调。除此之外，蛋白组结果展示出EBV侵染显著增强了丝氨酸的合成途径。

四、一碳单位代谢对EBV诱导的细胞生长至关重要

为了探索病毒诱导的一碳单位代谢对寄主B细胞的生长增殖的重要性，作者分别选用了俩种不同的一碳单位代谢通路抑制剂来处理侵染后的寄主细胞。两种抑制剂都显著的降低了B细胞的增殖水平。

总结来说，本文利用基于质谱的高通量蛋白质组学和修饰组学对EBV侵染的B细胞的过程进行了多个时间点的全程观测，从蛋白质组学得角度入手来解释EBV如何通过重塑寄主细胞内线粒体中一碳单位代谢途径来引发B细胞快速增殖和生长。本研究再次证明了蛋白质组学对研究病毒和寄主互作所发挥的重要作用。

原文：Liangwei Wang, et al., 2019, Epstein-Barr-Virus-Induced One-Carbon Metabolism Drives B Cell Transformation. Cell Metabolism.

Highlights

•Global analysis of EBV proteome and metabolism remodeling in B cell transformation

•EBV induces mitochondrial 1C metabolic enzyme expression and flux

•EBNA2 is a viral master regulator of B cell metabolic reprogramming

•1C drives nucleotide, mitochondrial NADPH, and glutathione production

Summary:  Epstein-Barr virus (EBV) causes Burkitt, Hodgkin, and post-transplant B cell lymphomas. How EBV remodels metabolic pathways to support rapid B cell outgrowth remains largely unknown. To gain insights, primary human B cells were profiled by tandem-mass-tag-based proteomics at rest and at nine time points after infection; >8,000 host and 29 viral proteins were quantified, revealing mitochondrial remodeling and induction of one-carbon (1C) metabolism. EBV-encoded EBNA2 and its target MYC were required for upregulation of the central mitochondrial 1C enzyme MTHFD2, which played key roles in EBV-driven B cell growth and survival. MTHFD2 was critical for maintaining elevated NADPH levels in infected cells, and oxidation of mitochondrial NADPH diminished B cell proliferation. Tracing studies underscored contributions of 1C to nucleotide synthesis, NADPH production, and redox defense. EBV upregulated import and synthesis of serine to augment 1C flux. Our results highlight EBV-induced 1C as a potential therapeutic target and provide a new paradigm for viral onco-metabolism.

DOI: https://doi.org/10.1016/j.cmet.2019.06.003 

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1550413119303067