基于單細胞轉(zhuǎn)錄組分析的非洲豬瘟病毒感染巨噬細胞的全景式細胞轉(zhuǎn)錄圖譜的構(gòu)建

非洲豬瘟是嚴重危害全球養(yǎng)豬業(yè)的一種烈性傳染病，是養(yǎng)豬業(yè)的“頭號殺手”。非洲豬瘟的病原是非洲豬瘟病毒（African swine fever virus，ASFV），其是非洲豬瘟病毒相關(guān)病毒科非洲豬瘟病毒屬的唯一成員，也是唯一的蟲媒DNA 病毒。該病毒是一種大型、復雜的核質(zhì)雙鏈DNA 病毒。病毒基因組長170 kb～194 kb，編碼160多種蛋白。病毒粒子直徑為260 nm～300 nm，病毒粒子結(jié)構(gòu)復雜，包含多層結(jié)構(gòu)，由內(nèi)向外分別是基因組包裹的核心、核殼、內(nèi)膜、衣殼和外膜。ASFV 感染的靶細胞主要為巨噬細胞。巨噬細胞在調(diào)控天然免疫和聯(lián)系適應性免疫方面發(fā)揮重要作用。

目前由于對ASFV 感染和致病機制的認知不足，人們難以研發(fā)安全有效的疫苗和抗病毒策略。病毒感染宿主細胞會引發(fā)宿主基因表達模式的改變，進而決定宿主細胞的命運。ASFV 感染會誘導機體大量免疫細胞的衰竭，進而導致感染個體無法建立有效的抗病毒應答，而ASFV 誘導靶細胞基因表達模式的全景以及誘導細胞衰竭的機制目前尚不明確。單細胞轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù)是在單個細胞水平上研究基因表達模式的強大工具，可為解析病毒的感染和致病機制提供科學依據(jù)，并有助于鑒定潛在的抗病毒和疫苗候選靶標。

近期，在《Proceedings of the National Academy of Sciences of The United States of America》上發(fā)表了題為“Transcriptome profiling in swine macrophages infected with African swine fever virus at single-cell resolution”的研究論文，該研究首次利用單細胞轉(zhuǎn)錄組學技術(shù)繪制了ASFV 感染的原代巨噬細胞基因表達全景式圖譜，揭示病毒與宿主分子之間的關(guān)聯(lián)模式以及病毒復制所調(diào)控的宿主細胞信號通路。

該研究利用ASFV 感染的原代豬肺泡巨噬細胞，通過單細胞轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù)，發(fā)現(xiàn)不同ASFV基因的表達模式存在時間規(guī)律性，這為病毒基因的功能注釋提供了重要依據(jù)。此外，該研究還發(fā)現(xiàn)巨噬細胞的基因表達模式在病毒暴露環(huán)境下會發(fā)生明顯變化，其中干擾素刺激基因（Ⅰnterferon-stimulated gene，ⅠSG）、炎癥反應相關(guān)基因、細胞因子相關(guān)基因的表達均出現(xiàn)顯著上調(diào)。通過進一步的探索，該項研究將感染暴露環(huán)境下的細胞區(qū)分為感染細胞和非感染細胞，感染細胞中不同細胞的病毒載量存在異質(zhì)性。研究者發(fā)現(xiàn)在高病毒載量細胞中，宿主細胞上調(diào)了細胞代謝相關(guān)的基因（例如能量代謝），而下調(diào)了ⅠSG 等免疫相關(guān)的基因以及未折疊蛋白反應（Unfolded protein response，UPR）相關(guān)的基因。同時該研究構(gòu)建了ASFV 病毒蛋白與宿主分子的關(guān)聯(lián)模式，發(fā)現(xiàn)病毒基因表達水平和細胞代謝相關(guān)基因表達水平呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系。此外，本研究發(fā)現(xiàn)腫瘤壞死因子α（TNF-α）是ASFV 誘導細胞凋亡的主要因素。該項研究是國際上首次報道ASFV 感染巨噬細胞的單細胞轉(zhuǎn)錄組圖譜研究，揭示了病毒調(diào)控宿主細胞的重要信號通路。研究為解析ASFV 感染誘導免疫細胞大量衰竭進而無法建立有效的抗病毒應答提供了重要科學依據(jù)，并為深入闡明ASFV 致病機制提供了理論基礎(chǔ)。

評述論文來源：ZHENG YU-XUAN, LⅠSU, LⅠSⅠ-HUA, et al. Transcriptome profiling in swine macrophages infected with African swine fever virus at singlecell resolution [J]. Proc Natl Acad Sci USA, 2022, 119(19):e2201288119.doi:10.1073/PNas.2201288119.