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病毒与宿主之间的相互作用一直备受人们的关注。一方面，病毒的蛋白质和基因组进入宿主细胞，会被识别为外源物质，从而引起一系列细胞应答反应。近年来，大量文献显示DNA病毒感染髓系细胞(Myeloid cells)时其基因组DNA进入细胞质中，成为胞质DNA。它可被cGAS所识别，并通过STING-TBK1-IRF3信号通路诱导一型干扰素IFNbeta和IL-6的表达和分泌，并最终引发细胞固有免疫应答。另外，有研究表明cGAS在一些非髓系细胞(Non-myeloid cells)，例如HEK293T细胞内低表达或不表达。并且在这些细胞内，胞质DNA无法诱导细胞表达并分泌IFNbeta或IL-6，但可诱导细胞发生凋亡。然而，其中的分子机制仍不明了。而胞质DNA是否除了诱导细胞固有免疫应答之外，还会引发其它细胞应答反应也不为人知。另一方面，细胞葡萄糖代谢是细胞生长和增殖所必需的。在病毒感染过程中，细胞葡萄糖代谢为病毒的复制提供核酸和蛋白质等合成原料，以及所需的能量。同时，细胞葡萄糖代谢会受病毒感染影响，而进行重编程，以适应或抵抗病毒的感染和复制。病毒与宿主细胞在代谢方面的相互作用仍有待进一步研究。
本研究借助了胞质DNA诱发细胞固有免疫应答的研究模型——转染外源“干扰素刺激DNA(ISD)”模拟病毒DNA进入细胞质，研究胞质DNA引起的细胞代谢应答反应。首先，我们验证了胞质DNA刺激细胞24小时可抑制细胞的生长。有趣的是，不论是双链，还是单链的ISD均可引起上述现象，但腺嘌呤脱氧核糖核苷酸的多聚物poly(dA)或单加转染试剂均无法引起上述现象，表明胞质DNA引起的这一效应具有一定的特异性。AnnexinV/pI分析显示胞质DNA刺激24小时，大部分的细胞尚未进入凋亡程序。进而，我们通过四氮唑法对胞质DNA抑制细胞生长这一效应进行时间梯度分析。结果显示，胞质DNA刺激不到5小时即可显著抑制细胞对四氮唑的还原能力。实时荧光共聚焦显微观察证实，在转染后2小时内，外源DNA即可进入细胞质中。单独加入外源DNA或转染试剂无法抑制细胞对四氮唑的还原，表明DNA进入细胞质是产生这一效应所必需的。同时，多种序列的DNA，在多种细胞系中均能抑制细胞对四氮唑的还原。用单纯疱疹病毒(HSV-1)感染细胞也可抑制细胞对四氮唑的还原。上述结果表明病毒DNA进入细胞质中成为胞质DNA可导致细胞在代谢活力上出现异常。进而，我们在cGAS和STING敲除的小鼠成纤维L929细胞中证实胞质DNA引起的代谢应答并不依赖于cGAS和STING，并且胞质DNA引起的细胞代谢应答与细胞固有免疫应答相独立。
为了进一步阐明四氮唑还原能力的下降具体意味着哪些代谢活力的变化，我们展开以下研究。根据细胞还原四氮唑的还原力主要来源于NADH或NAD(P)H，而细胞葡萄糖代谢是产生NADH或NAD(P)H的主要代谢途径，我们推测四氮唑的还原很可能与细胞葡萄糖代谢有关。因而，我们继而研究细胞葡萄糖代谢与四氮唑还原的相关性。结果显示细胞培养液中葡萄糖的有无可直接决定细胞还原四氮唑的能力。短时间的血清或谷氨酰胺饥饿并不会影响细胞对四氮唑的还原。同样，多方实验证据显示，短时间的葡萄糖饥饿并未导致细胞死亡。此外，葡萄糖的抑制剂2-DG和胞质DNA刺激的作用相似，均可抑制细胞对四氮唑的还原。这表明胞质DNA引起的细胞代谢应答很可能与葡萄糖代谢有关。进而，我们证实胞质DNA刺激可抑制细胞葡萄糖的摄入和乳酸的产生，导致细胞内ATP水平下降，并激活AMPK所介导的细胞能量应激反应。
为了揭示胞质DNA诱导的细胞代谢应答的潜在分子机制，我们通过生物素-亲和素纯化系统和质谱分析系统鉴定出十余种潜在的胞质DNA结合蛋白。我们已有的研究证实其中AUF1可直接结合单链和双链DNA，但不与poly(dA)相结合。AUF1基因敲除可部分阻断胞质DNA对细胞还原四氮唑的抑制作用。有文献报道AUF1可调控GLUT1、PFK2等葡萄糖代谢的关键基因，上述结果表明AUF1可通过结合胞质DNA调节细胞葡萄糖代谢，引发细胞产生相应的代谢应答。
综上所述，本研究证实胞质DNA可抑制细胞葡萄糖代谢，导致细胞内ATP水平和还原四氮唑能力的下降，并诱发AMPK介导的细胞能量应激反应。在这一过程中，AUF1是潜在的胞质DNA结合蛋白。这一研究结果提示宿主细胞在识别病毒基因组DNA后，存在着一定的分子机制，通过抑制细胞葡萄糖代谢和诱发细胞能量应激反应来限制病毒在细胞内的复制和扩增。这将成为细胞内的代谢屏障，与细胞间的免疫屏障相协同对抗病毒的感染和扩增。
本研究借助了胞质DNA诱发细胞固有免疫应答的研究模型——转染外源“干扰素刺激DNA(ISD)”模拟病毒DNA进入细胞质，研究胞质DNA引起的细胞代谢应答反应。首先，我们验证了胞质DNA刺激细胞24小时可抑制细胞的生长。有趣的是，不论是双链，还是单链的ISD均可引起上述现象，但腺嘌呤脱氧核糖核苷酸的多聚物poly(dA)或单加转染试剂均无法引起上述现象，表明胞质DNA引起的这一效应具有一定的特异性。AnnexinV/pI分析显示胞质DNA刺激24小时，大部分的细胞尚未进入凋亡程序。进而，我们通过四氮唑法对胞质DNA抑制细胞生长这一效应进行时间梯度分析。结果显示，胞质DNA刺激不到5小时即可显著抑制细胞对四氮唑的还原能力。实时荧光共聚焦显微观察证实，在转染后2小时内，外源DNA即可进入细胞质中。单独加入外源DNA或转染试剂无法抑制细胞对四氮唑的还原，表明DNA进入细胞质是产生这一效应所必需的。同时，多种序列的DNA，在多种细胞系中均能抑制细胞对四氮唑的还原。用单纯疱疹病毒(HSV-1)感染细胞也可抑制细胞对四氮唑的还原。上述结果表明病毒DNA进入细胞质中成为胞质DNA可导致细胞在代谢活力上出现异常。进而，我们在cGAS和STING敲除的小鼠成纤维L929细胞中证实胞质DNA引起的代谢应答并不依赖于cGAS和STING，并且胞质DNA引起的细胞代谢应答与细胞固有免疫应答相独立。
为了进一步阐明四氮唑还原能力的下降具体意味着哪些代谢活力的变化，我们展开以下研究。根据细胞还原四氮唑的还原力主要来源于NADH或NAD(P)H，而细胞葡萄糖代谢是产生NADH或NAD(P)H的主要代谢途径，我们推测四氮唑的还原很可能与细胞葡萄糖代谢有关。因而，我们继而研究细胞葡萄糖代谢与四氮唑还原的相关性。结果显示细胞培养液中葡萄糖的有无可直接决定细胞还原四氮唑的能力。短时间的血清或谷氨酰胺饥饿并不会影响细胞对四氮唑的还原。同样，多方实验证据显示，短时间的葡萄糖饥饿并未导致细胞死亡。此外，葡萄糖的抑制剂2-DG和胞质DNA刺激的作用相似，均可抑制细胞对四氮唑的还原。这表明胞质DNA引起的细胞代谢应答很可能与葡萄糖代谢有关。进而，我们证实胞质DNA刺激可抑制细胞葡萄糖的摄入和乳酸的产生，导致细胞内ATP水平下降，并激活AMPK所介导的细胞能量应激反应。
为了揭示胞质DNA诱导的细胞代谢应答的潜在分子机制，我们通过生物素-亲和素纯化系统和质谱分析系统鉴定出十余种潜在的胞质DNA结合蛋白。我们已有的研究证实其中AUF1可直接结合单链和双链DNA，但不与poly(dA)相结合。AUF1基因敲除可部分阻断胞质DNA对细胞还原四氮唑的抑制作用。有文献报道AUF1可调控GLUT1、PFK2等葡萄糖代谢的关键基因，上述结果表明AUF1可通过结合胞质DNA调节细胞葡萄糖代谢，引发细胞产生相应的代谢应答。
综上所述，本研究证实胞质DNA可抑制细胞葡萄糖代谢，导致细胞内ATP水平和还原四氮唑能力的下降，并诱发AMPK介导的细胞能量应激反应。在这一过程中，AUF1是潜在的胞质DNA结合蛋白。这一研究结果提示宿主细胞在识别病毒基因组DNA后，存在着一定的分子机制，通过抑制细胞葡萄糖代谢和诱发细胞能量应激反应来限制病毒在细胞内的复制和扩增。这将成为细胞内的代谢屏障，与细胞间的免疫屏障相协同对抗病毒的感染和扩增。