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登革热病毒（DENV）严重威胁人类健康，其基因组复制依赖宿主翻译机制。研究人员分析患者 RNA-seq 数据，探究 DENV 血清型适应性策略。发现血清型与宿主适应性差异、DENV-2 独特基因组覆盖模式及潜在非经典翻译机制，为理解病毒致病机制和治疗提供依据。
登革热，这个由蚊子传播的 “健康杀手”，每年都在全球范围内引发大量感染病例。它是由登革热病毒（DENV）引起的，能导致严重的出血热，严重威胁着人类的生命健康。DENV 属于单链 RNA 病毒，其基因组十分紧凑，在复制过程中高度依赖宿主细胞的翻译机制。然而，病毒与宿主之间的相互作用极其复杂，其中 DENV 在人类宿主细胞内如何高效地进行翻译和复制，以及它采取了哪些策略来适应宿主环境，这些问题一直困扰着科学界。正是为了解开这些谜团，中国科学院基因组研究所（CSIR-Institute of Genomics and Integrative Biology，CSIR-IGIB）等机构的研究人员开展了深入研究，相关成果发表在《iScience》杂志上。
研究人员主要运用了 RNA 测序（RNA-seq）和核糖体分析（Ribo-seq）这两项关键技术。RNA-seq 能全面地分析转录组，确定 RNA 转录本的丰度和分布；Ribo-seq 则可以揭示 mRNA 上核糖体的占用情况，反映活跃的翻译过程。研究使用的样本来自 112 名登革热阳性患者，这些患者均在印度新德里的 Max Super Speciality 医院接受治疗。
研究结果
- 登革热病毒基因组的碱基组成：研究人员对患者血液样本进行 RNA-seq，分析了 DENV 基因组的核苷酸和氨基酸组成。在 112 个样本中，58 个样本的病毒读数较高（深度 > 50X，覆盖率 > 99%） ，其中 DENV-2 是最主要的血清型（n=42），其次是 DENV-3（n=11）和 DENV-1（n=5）。在 DENV 基因组中，腺嘌呤（A）最为丰富，从 5′非翻译区（UTR）到编码序列（CDS）频率逐渐增加，在 3′UTR 保持稳定；胸腺嘧啶（T）则从 5′UTR 到 3′UTR 显著下降；鸟嘌呤（G）和胞嘧啶（C）逐渐增加，C 的上升具有统计学意义。不同血清型在 5′UTR、CDS 和 3′UTR 的 AT/GC 组成存在差异，这种差异对基因组稳定性和翻译效率有重要影响。例如，3′UTR 中较高的 GC 含量有助于形成稳定的二级结构，增强病毒基因组的稳定性，促进病毒复制 。
- 相对二核苷酸组成：研究发现，登革热病毒血清型的二核苷酸组成存在区域特异性偏好。在 5′UTR，AG、AC、GA 和 CT 等二核苷酸过度代表（优势比 > 1.25），而 AT、CC 和 GG 则代表不足（优势比 < 0.78） 。在 CDS 区域，TG 和 CA 普遍过度代表，TA 和 CG 则代表不足。3′UTR 的二核苷酸组成在各血清型间呈现出差异。这些二核苷酸偏好反映了病毒在优化功能和逃避宿主防御之间的平衡。
- 密码子使用偏好：通过相对同义密码子使用（RSCU）分析发现，登革热病毒的密码子使用模式受核苷酸组成影响。在 59 个密码子中，有 6 个密码子显著过度代表（RSCU>1.6），其中 5 个以 A 结尾；9 个密码子强烈代表不足（RSCU<0.6），5 个以 G 结尾 。这表明病毒对 A 结尾的密码子有强烈偏好，对 G/C 结尾的密码子存在使用偏向。此外，DENV-2 对宿主翻译机制的适应性最强，其有效密码子数（ENc=49.27）低于 DENV-1（ENc=50.5）和 DENV-3（ENC=50.04） 。
- 评估病毒适应性：计算密码子适应指数（CAI）发现，所有血清型对宿主的适应性均为中等（DENV-1：0.66，DENV-2：0.68，DENV-3：0.67） 。相对密码子去优化指数（RCDI）显示 DENV-2 的值最低（1.43），表明其适应性略好。对应分析表明，病毒会选择性优化某些区域，以提高在人类宿主中的复制和表达效率。
- 差异基因组覆盖：分析所有 DENV 样本的覆盖动态发现，DENV-2 基因组的 RNA-seq 读数覆盖呈现出独特的峰谷模式，而 DENV-1 和 DENV-3 的覆盖相对一致。DENV-2 在 M 蛋白、E 蛋白的起始和末端、NS1 的起始以及 NS3、NS4 和 NS5 基因的部分区域出现明显峰值，3′UTR 区域的读数密度尤其高。这些峰值区域暗示着显著的翻译活性，研究人员据此预测了潜在的开放阅读框（ORFs） 。
- 非经典翻译事件：研究人员分析了独立的 DENV-2 血清型 Ribo-seq 数据集，发现约 70% 的 RNA-seq 和 Ribo-seq 峰值重叠，表明这些区域存在活跃翻译。通过预测 iORFs 并分析，发现 13 个 iORFs 中有 9 个在 Ribo-seq 数据集中显示出翻译证据，它们分布在 Frame 2（6 个）和 Frame 3（3 个） 。序列分析表明，这些 iORFs 编码的蛋白质可能具有跨膜结构，部分 iORF7 肽与 MHC 分子结合的亲和力较高，可能在免疫识别和宿主 - 病毒相互作用中发挥作用。
研究结论与讨论
这项研究深入揭示了 DENV 在人类宿主细胞内的翻译和复制策略。DENV 通过优化密码子和二核苷酸的使用模式，在提高翻译效率的同时逃避宿主的免疫反应。血清型特异性适应，尤其是 DENV-2，使其具有更高的复制效率，这可能与疾病的严重程度增加有关 。DENV-2 基因组覆盖的独特模式以及潜在 iORFs 的发现，表明非经典翻译事件可能在病毒的生存、免疫逃逸和蛋白质合成调控中发挥重要作用。这些发现为深入理解登革热病毒的进化以及人类宿主与病毒之间的相互作用奠定了基础，也为未来开发新的治疗靶点和干预策略提供了重要依据。然而，目前的研究仍存在一些局限性，如 Ribo-seq 在临床样本研究中面临挑战，iORFs 在宿主免疫反应和病毒复制中的具体作用还需进一步探索。未来的研究可以针对这些方向展开，有望为登革热的防治带来新的突破。
