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據(jù)“中國科學(xué)院微生物研究所”公眾號(hào)消息，2022年5月5日，中國科學(xué)院微生物研究所高福院士團(tuán)隊(duì)、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院哈爾濱獸醫(yī)研究所仇華吉研究員團(tuán)隊(duì)、北京大學(xué)湯富酬教授團(tuán)隊(duì)合作，在PNAS上在線發(fā)表了題為 Transcriptome Profiling in Swine Macrophages Infectedwith African Swine Fever Virus at Single-Cell Resolution 的研究論文。該研究首次繪制了（African swine fever virus，ASFV）感染的原代巨噬細(xì)胞基因表達(dá)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(fù)制所調(diào)控的宿主細(xì)胞信號(hào)通路。

ASFV是非洲豬瘟的病原。非洲豬瘟是嚴(yán)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(hào)殺手”。目前由于對ASFV感染和致病機(jī)制的認(rèn)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(xì)胞會(huì)引發(fā)宿主基因表達(dá)模式的改變，進(jìn)而決定宿主細(xì)胞的命運(yùn)。ASFV感染會(huì)誘導(dǎo)機(jī)體大量免疫細(xì)胞的衰竭，進(jìn)而導(dǎo)致感染個(gè)體無法建立有效的抗病毒應(yīng)答，而ASFV誘導(dǎo)靶細(xì)胞基因表達(dá)模式的全景以及誘導(dǎo)細(xì)胞衰竭的機(jī)制目前尚不明確。單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù)是在單個(gè)細(xì)胞水平上研究基因表達(dá)模式的強(qiáng)大工具，可為解析病毒的感染和致病機(jī)制提供科學(xué)依據(jù)。

該研究利用ASFV感染的原代豬肺泡巨噬細(xì)胞，通過單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù)，發(fā)現(xiàn)不同ASFV基因的表達(dá)模式存在時(shí)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(xì)胞的基因表達(dá)模式在病毒暴露環(huán)境下會(huì)發(fā)生明顯變化，其中干擾素刺激基因（Interferon-stimulated gene，ISG）、炎癥反應(yīng)相關(guān)基因、細(xì)胞因子相關(guān)基因的表達(dá)均出現(xiàn)顯著上調(diào)。

圖1. 單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測序揭示ASFV感染巨噬細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄組圖譜

通過進(jìn)一步的探索，該項(xiàng)研究將感染暴露環(huán)境下的細(xì)胞區(qū)分為感染細(xì)胞和非感染細(xì)胞，感染細(xì)胞中不同細(xì)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(xì)胞中，宿主細(xì)胞上調(diào)了細(xì)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(yīng)（Unfolded protein response，UPR）相關(guān)的基因。同時(shí)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(dá)水平和細(xì)胞代謝相關(guān)基因表達(dá)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(dǎo)細(xì)胞凋亡的主要因素。

該項(xiàng)研究報(bào)道了ASFV感染巨噬細(xì)胞的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組圖譜研究，揭示了病毒調(diào)控宿主細(xì)胞的重要信號(hào)通路。研究為解析ASFV感染誘導(dǎo)免疫細(xì)胞大量衰竭進(jìn)而無法建立有效的抗病毒應(yīng)答提供了重要科學(xué)依據(jù)，并為深入闡明ASFV致病機(jī)制提供了理論基礎(chǔ)。

圖2. ASFV病毒蛋白和宿主分子之間的交互作用

中國科學(xué)院微生物研究所高福院士、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院哈爾濱獸醫(yī)研究所仇華吉研究員、北京大學(xué)湯富酬教授、中國科學(xué)院微生物研究所畢玉海研究員為該論文的共同通訊作者。中國科學(xué)院微生物研究所鄭宇軒博士后、李世華助理研究員、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院哈爾濱獸醫(yī)研究所李素副研究員和于少雄博士為并列第一作者。中國科學(xué)院微生物研究所王奇慧研究員、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院哈爾濱獸醫(yī)研究所碩士生張柯慧、屈亮和孫元研究員為論文的共同作者。該研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、中科院非洲豬瘟重點(diǎn)專項(xiàng)、中科院科技先導(dǎo)項(xiàng)目以及黑龍江省自然科學(xué)基金項(xiàng)目的資助。