大西洋鲑干扰素α抗病毒机制研究：ISAV与IPNV感染的转录组差异分析

《Aquaculture International》：The transcriptomic response of ISAV and IPNV infection in Atlantic salmon cells

本研究针对水产养殖中危害严重的传染性鲑鱼贫血病毒(ISAV)和传染性胰腺坏死病毒(IPNV)，通过转录组学分析揭示干扰素α(IFNα)预处理后大西洋鲑头肾(SHK-1)细胞的抗病毒应答机制。研究发现IFNα能显著上调isg15和mx等干扰素刺激基因(ISGs)，激活RIG-I样、NOD样和Toll样受体信号通路，但病毒仍能持续存在。研究首次发现IPNV特异性上调irf1-2和c25ha基因，而ISAV独特调控axin-2-like基因，表明两种病毒采用不同免疫逃逸策略，为开发靶向抗病毒策略提供新见解。

　　

在全球水产养殖业中，大西洋鲑（Salmo salar）占据着举足轻重的地位，其养殖产量约占全球养殖鱼类的4.5%，且预计未来还将持续增长。然而，这一高价值产业却始终面临着病毒性疾病的严重威胁，其中传染性鲑鱼贫血病毒（Infectious Salmon Anemia Virus, ISAV）和传染性胰腺坏死病毒（Infectious Pancreatic Necrosis Virus, IPNV）尤为突出。尽管现有的管理策略已在一定程度上降低了这些疾病的影响，但病毒的不断进化，例如ISAV频繁的重组和IPNV新变体的出现，构成了持续存在的潜在风险。理解鲑鱼自身的抗病毒防御机制，特别是其关键的先天免疫组成部分——干扰素系统，对于开发更有效的防控措施至关重要。

在此背景下，Mohammad Ali Noman Reza等研究人员在《Aquaculture International》上发表了一项重要研究，旨在深入揭示干扰素α（IFNα）在调控大西洋鲑应对ISAV和IPNV感染过程中的分子机制和转录组水平响应。

为开展研究，研究人员运用了几个关键技术方法：使用大西洋鲑头肾(SHK-1)细胞系进行病毒感染模型构建；采用定量实时PCR(qPCR)技术检测干扰素刺激基因(ISGs)的表达动态；利用RNA测序(RNA-seq)进行全转录组分析，以比较IFNα预处理后ISAV或IPNV感染细胞的基因表达谱；并通过生物信息学分析（如KEGG通路富集分析）揭示差异表达基因涉及的信号通路。

Response to IFNa treatment in virus-infected and non-infected SHK-1 cells

研究人员首先验证了重组IFNα在SHK-1细胞中诱导ISGs表达的能力。他们发现，用两种不同浓度（235 ng/ml和23.5 ng/ml）的IFNα处理细胞24小时后，在2小时 post-treatment (hpt) 即能显著上调isg15和mx这两个关键ISGs的mRNA水平，且呈现剂量依赖性。然而，这种上调作用在5天和9天后显著减弱。值得注意的是，在未经过IFNα处理的细胞中，单独的ISAV或IPNV感染在早期（2 hpt）并未引起明显的ISG表达。而在IFNα预处理的细胞中，无论是未感染还是病毒感染的细胞，均观察到ISGs的显著上调，且在病毒感染的细胞中表达水平有适度增高，这表明IFNα预处理能建立一种抗病毒状态，使细胞能更有效地应对病毒挑战。

Impact of IFNa treatment on virus replication

接下来，研究评估了IFNα诱导的抗病毒状态是否能有效抑制病毒复制。结果显示，在IFNα处理的细胞中，ISAV的病毒滴度在5天和9天 post-treatment (dpt) 均显著降低，在9 dpt时约有2倍的降低。对于IPNV，仅在9 dpt时观察到病毒拷贝数的减少（约1.5倍）。有趣的是，高、低两种浓度的IFNα处理在抑制病毒复制方面未见显著差异。这一结果证实了IFNα在限制病毒复制方面的保护作用，但同时也观察到病毒的持续存在，提示ISAV和IPNV可能具有逃避宿主IFN介导的免疫应答的机制。

Transcriptomic response to ISAV- and IPNV-infected cells after IFNa treatment: function and pathway analysis

为了从全基因组层面理解宿主防御机制的协调过程，研究对IFNα预处理后2 hpt的ISAV或IPNV感染细胞进行了RNA-seq分析。主成分分析显示，感染组与对照组基因表达谱明显分离。共鉴定出1648个（ISAV感染）和1559个（IPNV感染）差异表达基因（DEGs），其中1299个为两者所共有。

与免疫系统相关的基因在两种病毒感染中均显著上调，包括stat2、irf3、tlr3、cd68、ddx58 (RIG-I)、dhx58 (MDA5)和tap2b等，这些基因涉及病毒识别、信号转导和炎症反应。KEGG通路富集分析进一步揭示，RIG-I样受体、NOD样受体和Toll样受体等模式识别受体信号通路显著上调，凸显了它们在宿主防御第一道防线中的关键作用。此外，类固醇生物合成、叶酸生物合成等代谢通路也被激活，支持了免疫细胞功能中代谢的重要角色。另一方面，与遗传信息处理相关的通路，如碱基切除修复、DNA复制、错配修复和核苷酸切除修复等则显著下调，这可能反映了宿主试图阻止病毒劫持DNA修复机制以利于自身复制的策略。p53信号通路和TGF-β信号通路也发生下调，这两者对细胞生长和死亡至关重要。

研究还特别关注了两种病毒感染中响应不同的基因。例如，irf1-2（干扰素调节因子1的一个旁系同源物，干扰素调节相关）和c25ha（与初级胆汁酸生物合成相关）在IPNV感染的细胞中显著上调，但在ISAV感染的细胞中无响应。相反，ISAV感染的细胞中，Wnt信号通路的关键调节因子axin-2-like（LOC106585623）显著上调，而谷胱甘肽代谢相关的oplah基因下调。在IPNV感染的细胞中，LOC106612640（核糖体蛋白S6激酶2α亚型X1，是MAPK信号、卵母细胞减数分裂和mTOR信号通路的成员）则出现独特的下调。这些差异表明ISAV和IPNV可能采用不同的策略与宿主免疫系统相互作用。

讨论与结论

本研究证实了IFNα处理能有效诱导大西洋鲑SHK-1细胞中isg15和mx等关键ISGs的上调，并建立抗病毒状态，从而在一定程度上抑制ISAV和IPNV的复制。转录组分析揭示了IFNα驱动下广泛的转录组变化，包括病毒感知受体（如RIG-I样、TLR）、干扰素信号通路关键组分（如IRF3, IRF7, STAT2）以及下游效应分子（如ISGs）的显著上调。

尽管宿主启动了强烈的免疫应答，病毒仍能持续存在，这强烈提示ISAV和IPNV具有有效的免疫逃逸机制。研究发现的不同病毒特异性调控的基因（如IPNV中的irf1-2和c25ha，ISAV中的axin-2-like）为理解这些逃逸机制提供了新的线索。例如，axin-2-like的上调可能表明ISAV通过调节Wnt通路来抑制宿主免疫反应以促进病毒持续感染。而IPNV感染细胞中MAPK/mTOR通路相关基因的下调，则是一种已知的病毒免疫逃逸和代谢操纵策略。

总之，该研究深入揭示了IFNα介导的大西洋鲑抗病毒防御机制的复杂性，并阐明了ISAV和IPNV感染引发的独特遗传应答。这些发现不仅增进了我们对鲑鱼病毒与宿主相互作用的理解，而且为未来开发针对特定病毒逃逸机制的更有效抗病毒策略（例如靶向irf1-2、axin-2-like等分子）奠定了重要的理论基础，对保障大西洋鲑养殖业的可持续发展具有显著的科学意义和应用前景。