新冠病毒（SARS-CoV-2）是一種RNA病毒，是COVID-19大流行的罪魁禍首。其30 kb的基因組編碼26個多肽/蛋白，包括16個非結構蛋白， 4個結構蛋白（例如核衣殼蛋白）和6個附屬蛋白。

病毒感染會影響多個細胞通路，包括細胞自噬、泛素-蛋白酶體系統（UPS），以及DNA損傷反應（DDR）。雖然有不少關于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，其感染還會導致長期新冠（Long COVID），似乎還會導致感染者加速衰老。

細胞核DNA是**不可替代的細胞成分，新冠病毒感染所造成的這些嚴重健康后果，是否是其對細胞核DNA產生了損傷所導致的呢？

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。

該研究發現，新冠病毒（SARS-CoV-2）感染會在體外培養細胞中和體內都引起DNA損傷。在機制上，新冠病毒表達的蛋白ORF6和NSP13分別通過蛋白酶體和自噬引起DNA損傷反應激酶CHK1的降解。CHK1缺失導致合成DNA的脫氧核糖核苷三磷酸（dNTP）減少，從而導致DNA復制受損。此外，新冠病毒核衣殼蛋白（N蛋白）通過與損傷誘導的長非編碼RNA（dilncRNA）結合抑制53BP1蛋白招募，從而減少DNA損傷修復。DNA損傷的出現和修復受損的積累，導致了細胞衰老和炎癥發生。

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

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

為了確定新冠病毒感染是否會激活DNA損傷反應（DDR），研究團隊用新冠病毒感染人類細胞系，并對DDR標志物進行**印跡分析。結果發現，新冠病毒感染確實激活了DDR。然后，研究團隊使用單細胞凝膠電泳實驗證實了新冠病毒感染后的細胞存在DNA碎片。這些事件伴隨著促炎信號產生和細胞衰老出現。

接下來，研究團隊探究了新冠病毒感染導致DNA損傷反應（DDR）的分子機制。研究團隊發現，新冠病毒表達的蛋白質通過不同的機制劫持細胞核苷酸代謝。具體來說，病毒因子ORF6和NSP13促進了檢查點激酶1（CHK1）的降解，而CHK1是一種參與協調DDR的酶。CHK1水平的降低被認為會導致核糖核苷三磷酸（rNTP）的積累，這是促進RNA病毒復制所必需的（新冠病毒正是一種RNA病毒）。然而，rNTP的積累似乎是以dNTP減少為代價的，新冠病毒感染后，細胞內dNTP水平顯著下降，這導致了DNA復制受損和DNA損傷。

此外，研究團隊還發現了新冠病毒感染的細胞中DNA斷裂積累的證據，因為損傷的DNA沒有得到及時有效的修復。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的長非編碼RNA的結合，損害了結合蛋白53BP1的局部募集，從而減少了DNA修復。

總的來說，這些發現表明，新冠病毒感染后既會誘導DNA損傷，也會損害DNA損傷后修復，*終導致細胞衰老并傳播炎癥。該研究還進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生。

新冠病毒感染對宿主基因組完整性和細胞衰老的雙重影響，左側：新冠病毒感染促進CHK1降解，導致核糖核苷二磷酸還原酶亞基（RRM2）減少，進一步導致DNA合成所需dNTP水平下降、抑制了DNA復制，造成DNA損傷；右側：新冠病毒核衣殼蛋白（N蛋白）與損傷誘導的長鏈非編碼RNA（dilncRNA）結合，導致53BP1失活和DNA修復缺陷。

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

這些發現可能為具有加速衰老特征的后新冠綜合征提供了一種機制解釋，新冠感染所導致的細胞衰老和炎癥觸發可能是一個重要的促成因素。事實上，慢性炎癥被認為是肺纖維化、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的問題可能會進一步產生全身性后果。

該論文的通訊作者 Fabrizio d'Adda di Fagagna 表示，這項工作源于2019年的一次會議，在會議上自己聽到了一個數據——新冠病毒感染的細胞中三分之二的轉錄組來自新冠病毒。這里可在自己腦海中形成了一個想法——這必然會細胞執行正常功能所需的核苷酸可用性產生了巨大影響。雖然自己的實驗室并非研究病毒生物學，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。之前的研究已經證明了DNA損傷和DNA損傷反應（DDR）的激活與端粒誘導和癌基因誘導的細胞衰老的相關性，而這項研究拓展了DNA損傷和DNA損傷反應（DDR）的激活與病毒誘導的細胞衰老的相關性。