基于单细胞转录组分析的非洲猪瘟病毒感染巨噬细胞的全景式细胞转录图谱的构建

非洲猪瘟是严重危害全球养猪业的一种烈性传染病，是养猪业的“头号杀手”。非洲猪瘟的病原是非洲猪瘟病毒（African swine fever virus，ASFV），其是非洲猪瘟病毒相关病毒科非洲猪瘟病毒属的唯一成员，也是唯一的虫媒DNA 病毒。该病毒是一种大型、复杂的核质双链DNA 病毒。病毒基因组长170 kb～194 kb，编码160多种蛋白。病毒粒子直径为260 nm～300 nm，病毒粒子结构复杂，包含多层结构，由内向外分别是基因组包裹的核心、核壳、内膜、衣壳和外膜。ASFV 感染的靶细胞主要为巨噬细胞。巨噬细胞在调控天然免疫和联系适应性免疫方面发挥重要作用。

目前由于对ASFV 感染和致病机制的认知不足，人们难以研发安全有效的疫苗和抗病毒策略。病毒感染宿主细胞会引发宿主基因表达模式的改变，进而决定宿主细胞的命运。ASFV 感染会诱导机体大量免疫细胞的衰竭，进而导致感染个体无法建立有效的抗病毒应答，而ASFV 诱导靶细胞基因表达模式的全景以及诱导细胞衰竭的机制目前尚不明确。单细胞转录组测序技术是在单个细胞水平上研究基因表达模式的强大工具，可为解析病毒的感染和致病机制提供科学依据，并有助于鉴定潜在的抗病毒和疫苗候选靶标。

近期，在《Proceedings of the National Academy of Sciences of The United States of America》上发表了题为“Transcriptome profiling in swine macrophages infected with African swine fever virus at single-cell resolution”的研究论文，该研究首次利用单细胞转录组学技术绘制了ASFV 感染的原代巨噬细胞基因表达全景式图谱，揭示病毒与宿主分子之间的关联模式以及病毒复制所调控的宿主细胞信号通路。

该研究利用ASFV 感染的原代猪肺泡巨噬细胞，通过单细胞转录组测序技术，发现不同ASFV基因的表达模式存在时间规律性，这为病毒基因的功能注释提供了重要依据。此外，该研究还发现巨噬细胞的基因表达模式在病毒暴露环境下会发生明显变化，其中干扰素刺激基因（Ⅰnterferon-stimulated gene，ⅠSG）、炎症反应相关基因、细胞因子相关基因的表达均出现显著上调。通过进一步的探索，该项研究将感染暴露环境下的细胞区分为感染细胞和非感染细胞，感染细胞中不同细胞的病毒载量存在异质性。研究者发现在高病毒载量细胞中，宿主细胞上调了细胞代谢相关的基因（例如能量代谢），而下调了ⅠSG 等免疫相关的基因以及未折叠蛋白反应（Unfolded protein response，UPR）相关的基因。同时该研究构建了ASFV 病毒蛋白与宿主分子的关联模式，发现病毒基因表达水平和细胞代谢相关基因表达水平呈现正相关关系。此外，本研究发现肿瘤坏死因子α（TNF-α）是ASFV 诱导细胞凋亡的主要因素。该项研究是国际上首次报道ASFV 感染巨噬细胞的单细胞转录组图谱研究，揭示了病毒调控宿主细胞的重要信号通路。研究为解析ASFV 感染诱导免疫细胞大量衰竭进而无法建立有效的抗病毒应答提供了重要科学依据，并为深入阐明ASFV 致病机制提供了理论基础。

评述论文来源：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.