病毒包容性单核RNA测序揭示传染性鲑鱼贫血中两种不同的内皮细胞应答模式

本研究利用病毒包容性单核RNA测序技术，首次在单细胞分辨率下揭示了传染性鲑鱼贫血病毒(ISAV)感染过程中内皮细胞的特异性应答。研究人员发现内皮细胞存在两种截然不同的感染相关状态：病毒许可状态和旁观者状态，并揭示了从早期NOD样受体信号通路到后期细胞衰老等信号通路的动态转变，为理解病毒性血管疾病的发病机制提供了新视角。

　　

在病毒性疾病研究中，内皮细胞作为病毒复制的重要靶点，其应答机制对疾病进展具有决定性影响。传染性鲑鱼贫血病毒(ISAV)作为一种正黏病毒科病原体，主要感染大西洋鲑的内皮细胞，导致严重贫血、出血和循环衰竭，给水产养殖业造成巨大经济损失。然而，由于技术限制，科学家们一直难以在单细胞水平上解析病毒感染过程中内皮细胞的异质性应答。

挪威兽医研究所的研究团队在《Fish & Shellfish Immunology》上发表了一项突破性研究，他们采用病毒包容性单核RNA测序(snRNA-seq)技术，在临床前(12 dpi)和临床期(16 dpi)两个时间点，对大西洋鲑头肾组织进行了高分辨率转录组分析。这项研究首次在单细胞水平上揭示了ISAV感染过程中内皮细胞的动态应答特征。

研究团队主要运用了以下关键技术：单核RNA测序技术检测细胞转录组、RNAscope原位杂交验证病毒定位、伪批量分析进行差异基因鉴定、基因本体论(GO)和KEGG通路富集分析解析生物学功能。所有实验样本均来自挪威大学生命科学学院水产养殖研究中心的大西洋鲑感染模型。

研究结果揭示了以下重要发现：

头肾细胞类型在ISAV感染和健康大西洋鲑中的分布

通过分析56,421个高质量细胞核，研究人员鉴定出11种主要细胞类型，其中内皮细胞和单核吞噬细胞在感染过程中表现出最显著的转录组变化。

内皮细胞是ISAV生产性感染的主要部位

ISAV RNA主要在内皮细胞中检测到，21%的内皮细胞在12 dpi被感染。RNAscope证实病毒严格定位于血管内皮细胞，这一发现在心脏和肝脏组织中得到验证。

内皮细胞对ISAV感染产生强烈应答

差异表达基因分析显示，内皮细胞在感染过程中上调基因数量最多，其中相当部分与已知的抗病毒应答基因重叠，特别是干扰素刺激基因(ISGs)。

内皮转录组对ISAV的应答

早期感染阶段(12 dpi)富集NOD样受体信号通路和NAD⁺ ADP-核糖基转移酶活性等相关通路，而临床期(16 dpi)则转向细胞衰老、apelin信号和胰岛素信号通路。

亚群分析揭示旁观者和直接感染的内皮细胞

内皮细胞形成六个亚群，其中E3和E5为感染特异性亚群。E5中90%以上细胞被病毒感染，表现为内皮标志基因下调；而E3细胞虽未感染病毒，但表现出强烈的抗病毒基因激活。

感染过程中旁观者内皮细胞的应答

E3细胞高表达rnf213、ifi-44-like等基因，富集于细胞因子信号传导和病毒产物降解等相关通路，表明其具有保护性抗病毒功能。

直接感染内皮细胞的特征

E5细胞特征性表达arrdc3a、klf6a等应激反应基因，显著富集鸟嘌呤核苷酸交换因子活性和小GTP酶信号转导等通路，提示病毒可能劫持这些通路促进复制。

研究结论与讨论部分指出，该研究首次在单细胞分辨率下描绘了ISAV感染过程中内皮细胞的转录组景观，揭示了两种不同的感染相关状态：病毒许可状态特征为小GTP酶信号通路相关基因的差异表达，而旁观者状态则以细胞因子和趋化因子信号激活为标志。特别值得注意的是，NAD⁺ ADP-核糖基转移酶活性在两种状态中均显著富集，提示其在抗病毒应答中的核心作用。这种内皮应答模式的转变可能与ISA疾病中观察到的血管功能障碍直接相关。该研究不仅为理解ISAV发病机制提供了新视角，也为开发针对病毒性血管疾病的干预策略提供了潜在靶点。由于内皮细胞在多种病毒性疾病中扮演关键角色，这些发现对其他物种的病毒感染研究也具有重要参考价值。