基于原代细胞培养探究野生鸟类对高致病性禽流感抗性的新型宿主因子

推荐 为解决野生鸟类对高致病性禽流感病毒（HPAIV）敏感性差异的科学问题，日本国立环境研究所等机构研究人员开展研究。通过对11种鸟类原代成纤维细胞感染HPAIV后的基因表达分析，发现OAS和IFIT5基因表达上调可作为HPAIV易感性的遗传标记，对濒危鸟类保护意义重大。

　　

论文解读
在自然界中，禽流感病毒一直是威胁人类和动物健康的重要病原体。流感病毒以其独特的负链单链RNA基因组结构和高度变异性，频繁引发全球性大流行，给人类的生命健康和经济社会发展带来了巨大冲击¹。除了对人类的影响，禽流感病毒对家禽业也造成了严重破坏。其中，高致病性禽流感（Highly pathogenic avian influenza，HPAI）更是被视为全球性的重大威胁²。野生鸟类，尤其是水禽、海鸥和滨鸟等，被认为是禽流感病毒的天然宿主^3,4。这些野生鸟类群体中广泛存在着低致病性禽流感病毒（Low - pathogenicity avian influenza viruses，LPAIVs），通常对宿主的影响较小甚至没有明显危害²。然而，LPAIVs存在变异为HPAIVs的风险，一旦发生变异，就可能在多种鸟类中引发致命性感染。

近年来，由H5N1病毒（特别是Clade 2.3.4.4b分支）引起的HPAI在全球范围内大规模暴发，给野生和家养鸟类带来了毁灭性打击^2,7。大量野生鸟类死亡事件不断被报道，如中国的斑头雁⁸、欧洲的水鸟⁹以及塞内加尔的大白鹈鹕¹⁰等。同时，一些原本被认为对HPAI具有一定抵抗力的猛禽和鹳类也在美国、泰国等地因感染HPAI而死亡^{11 - 13}。值得注意的是，2022年还出现了鹤类的大规模死亡事件，这表明一些过去被认为“对HPAI有抵抗力”的物种也可能对新的病毒株易感¹⁴。这些现象凸显了HPAIV的广泛宿主范围以及不同鸟类可能存在特定的易感性或抵抗机制。

在日本，HPAI的暴发也对家禽业造成了严重影响。自2004年首次报告家禽因HPAIV大规模死亡以来，日本每年都面临着HPAI的威胁。2020年更是遭受了有史以来最严重的HPAI疫情，超过700万只家禽被扑杀。从2008年到2023年，日本至少有35种野生鸟类被检测出感染了HPAIV¹⁵。因此，评估日本野生鸟类对HPAIV的敏感性并采取相应的保护措施迫在眉睫。

为了深入探究野生鸟类对HPAIV的抵抗机制，日本国立环境研究所、北海道大学等机构的研究人员开展了相关研究。他们从日本保存的冷冻细胞项目中获取了11种鸟类的成纤维细胞，这些鸟类根据以往研究被分为HPAI抗性（岩鸽、蓑羽鹤、白枕鹤和日本鹤）、HPAI易感（鸡、高山鹰雕、北方苍鹰、游隼和金雕）以及对HPAI敏感性未知（冲绳秧鸡和日本白鹳）三类。研究人员用H5N1 HPAIV毒株A/chicken/Yamaguchi/7/2004感染这些细胞，并进行基因表达分析，旨在找出HPAI抗性物种中独特上调的基因，以此确定HPAIV易感性的遗传标记。

研究人员采用了RNA测序（RNA - seq）和基因表达分析等关键技术方法。首先，成功用HPAIV感染了所有鸟类的细胞，并通过TCID50测定（除岩鸽细胞因感染后48小时全部死亡未测定外）确定了病毒的滴度。然后，提取感染前后不同时间点（6小时和12小时）的细胞RNA进行测序，保证了足够的样本量用于后续分析。

研究结果表明，在感染HPAIV后，HPAI抗性物种中OAS和IFIT5基因的表达水平显著上调，而在HPAI易感物种以及对HPAI敏感性未知的物种中则没有这种现象。具体来说，在感染后6小时，OAS基因在抗性物种中的上调比率较高；在感染后12小时，OAS和IFIT5基因在抗性物种中的上调比率也显著高于易感物种。此外，虽然HERC3基因在抗性物种中也有所上调，但其上调比率较低，且与易感物种相比没有显著差异。在感染后，HPAI抗性物种的成纤维细胞中，OAS和IFIT5蛋白产物具有抗病毒作用，可能在感染早期就参与了抗病毒反应。而HERC3基因的功能在鸟类中尚未明确，需要进一步研究。

通过对不同鸟类细胞的KEGG通路分析，未发现抗性或易感鸟类之间存在共同的表达谱。这表明不同鸟类对HPAIV感染的细胞反应可能存在较大差异。另外，值得注意的是，冲绳秧鸡和日本白鹳在感染后，OAS、IFIT5和HERC3基因的表达水平几乎没有上调。结合以往的研究，如冲绳秧鸡的MDA5基因功能缺失以及日本白鹳曾有因HPAIV感染死亡的情况，推测这两种鸟类可能对HPAIV易感。这对于濒危物种的保护具有重要意义，提示需要加强对它们的监测和保护，以防止HPAIV的感染和传播。

这项研究具有重要的科学意义和实际应用价值。从科学角度来看，它揭示了野生鸟类对HPAIV抗性可能与OAS和IFIT5基因的上调有关，为深入理解禽流感病毒的致病机制和宿主免疫反应提供了新的视角。同时，通过对不同鸟类细胞的基因表达分析，有助于全面了解鸟类对HPAIV的易感性差异及其背后的分子机制。在实际应用方面，OAS和IFIT5基因的表达水平有望作为非侵入性或低侵入性的HPAIV易感性评估指标，用于野生鸟类的保护和管理。随着RNA测序成本的不断降低以及野生动物细胞保存项目的推广，这种方法具有广阔的应用前景。此外，该研究结果也为制定针对濒危鸟类的保护策略提供了科学依据，有助于减少HPAIV对这些物种的威胁，维护生物多样性。然而，研究也存在一定的局限性，如仅使用了成纤维细胞，可能无法全面反映鸟类体内HPAIV感染的动力学过程；未来还需要进一步研究其他细胞类型，如上皮细胞和类器官，以完善对HPAIV感染机制的理解。同时，对一些关键基因的功能还需要进行更深入的分析，以更好地利用这些研究成果指导实践。