新冠病毒（SARS-CoV-2）自2019年爆发以来，成为全球的重大公共卫生挑战。SARS-CoV-2 属于冠状病毒家族，拥有约30kb长的正链RNA基因组。RNA化学修饰是病毒复制、RNA稳定性等过程中不可或缺的调控机制之一。尽管已知N6-甲基腺苷（m6A）在许多病毒中发挥重要作用，但5-甲基胞嘧啶（m5C）的功能相对未知。
近日，武汉大学生命科学学院陈宇教授团队在国际期刊Science Advances发表了题为Epitranscriptomic m5C methylation of SARS-CoV-2 RNA regulates viral replication and the virulence of progeny viruses in the new infection的研究论文。本研究通过分析m5C甲基化在SARS-CoV-2 RNA中的作用，揭示了其在调控病毒复制和毒力中的关键作用。
文章要点
1) SARS-CoV-2 RNA中m5C修饰比m6A更为丰富：使用液相色谱-质谱联用技术（LC-MS/MS）对感染SARS-CoV-2的Caco-2细胞和纯化的病毒进行分析，发现m5C在SARS-CoV-2 RNA中的含量比m6A高。此外，通过m5C-MeRIP-seq绘制了SARS-CoV-2 RNA中的m5C甲基化图谱，发现这些修饰广泛分布于病毒的正链RNA中，尤其集中在3'非翻译区附近。
图1 SARS-CoV-2 gRNA含有丰富的m5C修饰
2) NSUN2缺失显著增强病毒复制：通过敲除RNA m5C甲基化转移酶NSUN2，研究发现NSUN2的缺失显著降低了SARS-CoV-2 RNA中的m5C水平，导致病毒复制能力增强。在NSUN2缺失的小鼠中，病毒负荷增加，肺组织损伤加重。进一步的分析表明，NSUN2调控的m5C修饰影响了病毒RNA的稳定性和降解，缺失这些修饰的病毒在复制过程中表现出更强的活性。
图2 Nsun2缺乏小鼠表现出更高的病毒负荷和更严重的肺组织损伤
3) m5C修饰调控病毒RNA的降解：利用RNA-Bis-seq对比分析野生型Caco-2细胞和NSUN2敲除细胞中的SARS-CoV-2 RNA，确定了多个m5C甲基化位点，这些位点通过促进RNA降解调控病毒的复制。通过实验验证，突变这些位点会显著提高RNA的稳定性，说明m5C修饰在病毒RNA的降解过程中起到了重要作用。
图3 NSUN2调控SARS-CoV-2 RNA降解
4) 低m5C修饰的病毒表现出更强的复制能力和毒力：在小鼠模型中，研究进一步验证了低m5C修饰的SARS-CoV-2后代病毒在宿主体内的复制能力更强，并引发更严重的肺组织损伤。这表明m5C修饰通过调控病毒RNA的稳定性和降解，在限制病毒复制和毒力方面发挥了重要作用。
图4 低m5C修饰的Nsun2+/−小鼠的后代SARS-CoV-2病毒粒子在Caco-2细胞和K18-hACE2小鼠中表现出更强的复制能力
本研究首次系统性地揭示了m5C甲基化在SARS-CoV-2 RNA中的重要作用，表明NSUN2介导的m5C修饰通过促进病毒RNA的降解，抑制了病毒的复制和毒力。这一发现为理解SARS-CoV-2的病理机制提供了新视角，同时也为开发抗病毒药物提供了潜在的新靶点。通过调控m5C修饰，宿主可以通过表观转录组学手段对抗病毒的复制，未来有望应用于新的治疗干预手段的开发。
Wang, Hongyun et al. “Epitranscriptomic m5C methylation of SARS-CoV-2 RNA regulates viral replication and the virulence of progeny viruses in the new infection.” Science advances vol. 10,32 (2024): eadn9519. doi:10.1126/sciadv.adn9519
