项目文章 | 单细胞测序鉴定猪流行性腹泻病毒感染的猪小肠的细胞类型和转录组景观

2023-04-20 16:57:36, 欧易生物上海欧易生物医学科技有限公司

2023年2月1日，兽医所动物腹泻病防控创新团队李彬老师课题组在《The Journal of Immunology》发表题为“Identification of Cell Types and Transcriptome Landscapes of Porcine Epidemic Diarrhea Virus-Infected Porcine Small Intestine Using Single-Cell RNA Sequencing”的研究论文。该研究首次应用单细胞RNA测序对感染PEDV的猪空肠进行系统研究，揭示了仔猪空肠中不同细胞类型在PEDV感染后的反应。

文章标题：Identification of Cell Types and Transcriptome Landscapes of Porcine Epidemic Diarrhea Virus-Infected Porcine Small Intestine Using Single-Cell RNA Sequencing

发表期刊：The Journal of Immunology

影响因子：5.426

涉及的欧易生物服务产品：单细胞转录组测序

猪流行性腹泻病毒（Porcine epidemic diarrhea virus，PEDV）为致仔猪腹泻最重要的病原之一，对初生仔猪的致死率可达100%，给全球养猪业造成巨大经济损失。但目前对该病毒致病机制的了解仍不全面，尤其是PEDV感染对靶器官-仔猪肠道不同细胞类型的功能影响并不清楚。

Result1 绘制猪空肠不同细胞类型

研究人员对PEDV感染后的仔猪空肠段进行了单细胞测序分析，鉴定了仔猪肠道上皮细胞、杯状细胞、Tuft细胞、肠分泌细胞和干细胞，以及免疫相关B细胞、浆细胞、CD8+ T细胞、Th17细胞和髓样细胞等不同细胞类型的代表性标记分子，见表1；新鉴定DNAH11为仔猪肠道Tuft细胞的特异性标记分子。通过对PEDV感染的肠道细胞类型进行鉴定，发现除肠上皮细胞外，杯状细胞和Tuft细胞同样具有PEDV的感染性，如图1。

图1. 仔猪空肠段肠道细胞类型及免疫细胞类型的鉴定

表1. 猪小肠空肠段中鉴定的每种细胞类型的marker基因总结

Result2 不同细胞类型中KEGG途径的富集分析

通过对不同细胞类型的KEGG富集分析（图2、3），发现病毒感染使得肠上皮细胞、杯状细胞、Tuft细胞和肠内分泌细胞的凋亡和MAPK信号通路发生上调；杯状细胞、tuft细胞和肠内分泌细胞的紧密连接和粘附连接通路显著增加。对不同免疫细胞的转录分析发现，病毒感染会导致T细胞和Th17细胞中T细胞受体、Th1和Th2细胞分化降低，以及B细胞中B细胞受体以及IgA生成信号通路降低。

图2. 肠上皮细胞亚型KEGG通路的富集分析

图3. 免疫细胞KEGG通路的富集分析

Result3 PEDV降低杯状细胞粘蛋白的表达
研究人员通过对PEDV感染后杯状细胞深入分析发现，PEDV感染会显著下调杯状细胞中多种黏蛋白分子的表达。在体外，采用人结肠癌杯状细胞系作为模型发现，PEDV感染会显著降低重要肠道黏蛋白MUC2和其他黏液成分FCGBP、CLCA1和AGR2表达，并对MUC2的外泌具有限制作用（图4）。

图4. PEDV感染下调杯状细胞中黏蛋白表达

Result4 PEDV感染调节AMPs的表达

通过对抗菌肽相关基因的分析发现，PEDV感染显著上调肠上皮细胞中REG3G的表达，而REG3G具有显著抑制PEDV复制作用，并作用于病毒复制周期的胞内复制阶段；进一步的机制研究发现，PEDV感染通过上调IL-33表达，诱导STAT3磷酸化路径上调REG3G表达（图5）。

图5. PEDV感染上调抗菌肽REG3G的机制及其抗病毒作用分析

该研究首次采用单细胞技术对PEDV感染的仔猪肠道进行了分析，明确了仔猪肠道不同细胞类型及其代表性标记，系统分析了PEDV感染对肠道不同细胞类型功能的改变，发现PEDV感染对杯状细胞黏蛋白分子的调节作用，以及抗菌肽REG3G的抗病毒作用及上调机制。进一步加深了对PEDV致病机制的了解，将为新的防治策略研制提供新思路。

【参考文献】

Fan B, Zhou J, Zhao Y, Zhu X, Zhu M, Peng Q, Li J, Chang X, Shi D, Yin J, Guo R, Li Y, He K, Fan H, Li B. Identification of Cell Types and Transcriptome Landscapes of Porcine Epidemic Diarrhea Virus-Infected Porcine Small Intestine Using Single-Cell RNA Sequencing. J Immunol. 2023 Feb 1;210(3):271-282. doi: 10.4049/jimmunol.2101216. PMID: 36548460.

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