柯萨奇病毒B3感染引发人胰岛细胞特异性反应：揭示1型糖尿病发病新机制

本研究针对柯萨奇病毒B(CVB)作为1型糖尿病(T1D)环境触发因素的机制不明问题，通过单细胞RNA测序(scRNA-seq)和功能实验，首次系统揭示了CVB3感染人胰岛各细胞类型的特异性转录和线粒体反应特征。研究发现CVB3可感染所有胰岛细胞类型，其中α、β和导管细胞反应最显著，并鉴定出长链非编码RNA MIR7-3HG可调控病毒复制和细胞凋亡。该研究发表于《Cell Reports》，为理解病毒感染与T1D发病关联提供了重要新见解。

　　

在全球范围内，1型糖尿病(T1D)影响着数千万人的健康，这种自身免疫性疾病以胰岛素分泌β细胞的破坏为特征。虽然遗传因素在T1D发病中起重要作用，但环境触发因素如病毒感染的作用机制仍不清楚。其中，柯萨奇病毒B(CVB)作为肠道病毒家族成员，长期以来被认为是潜在的T1D环境触发因素，但病毒如何影响人类胰岛不同细胞类型仍是一个未解之谜。传统观点认为CVB对β细胞有特殊趋向性，然而这一假设缺乏单细胞水平的直接证据。此外，病毒感染后不同胰岛细胞类型的特异性反应模式、潜在的分子机制及其与T1D发病的关联，都是当前研究的关键空白点。

为回答这些问题，华盛顿大学医学院的Daniel A. Veronese-Paniagua等研究人员在《Cell Reports》发表了开创性研究。他们采用单细胞RNA测序(scRNA-seq)技术，结合功能验证实验，系统分析了CVB3感染对人类胰岛各细胞类型的影响。研究团队使用来自4名遗体捐赠者的原代人类胰岛，分别用CVB3-eGFP、poly(I:C)或水处理24和48小时，随后进行scRNA-seq分析。此外，他们还利用干细胞衍生的胰岛(SC islets)进行基因敲低和功能验证实验。关键实验技术包括：单细胞RNA测序分析感染后转录组变化、线粒体呼吸测定评估细胞代谢状态、电子显微镜观察线粒体形态改变、以及通过shRNA敲低验证候选基因功能。

研究首先通过单细胞分析揭示了CVB3感染的全景图。与预期不同，研究发现CVB3能够感染所有胰岛细胞类型，感染率在62.5%-89.8%之间，且没有显示出对特定细胞类型的明显偏好性。通过差异基因表达分析，研究人员发现α、β和导管细胞对CVB3感染表现出最强烈的转录反应。特别值得注意的是，导管细胞而非β细胞显示出最强的干扰素(IFN)和人类白细胞抗原(HLA)相关反应。这一发现挑战了长期以来关于CVB细胞趋向性的假设。

在细胞特异性反应方面，研究获得了多项重要发现。β细胞在感染24小时后主要上调自噬和溶酶体蛋白降解相关基因，而到48小时，这些基因的表达则普遍下降。相比之下，α细胞在48小时表现出最强烈的线粒体相关转录反应，持续上调线粒体复合物I、III、IV和V的基因。导管细胞则表现出独特的免疫反应特征，上调至少14个干扰素相关基因，包括ISG15、IFIT1和IRF7等。这些发现揭示了不同胰岛细胞类型对CVB3感染的独特应对策略。

研究特别关注了线粒体功能的变化，因为线粒体在高度代谢活跃的胰腺内分泌细胞中至关重要。结果显示，CVB3感染导致β和α细胞中线粒体形态和功能的显著改变。β细胞的线粒体体积增大，但线粒体功能相关基因普遍下调；而α细胞的线粒体体积减小，但上调了更多线粒体复合物和糖酵解相关基因。这些变化可能与细胞对病毒感染的不同适应策略有关，β细胞可能试图通过增大线粒体体积来补偿功能下降，而α细胞则可能通过减小线粒体体积来降低代谢需求和活性氧(ROS)产生。

通过伪时间轨迹分析，研究人员追踪了β细胞在CVB3感染过程中的动态变化。随着感染进程，β细胞逐渐上调免疫反应、DNA损伤、自噬和凋亡相关基因，同时过表达mRNA剪接因子和翻译相关基因。根据病毒载量将感染细胞分为旁观者、低GFP和高GFP组后，发现高病毒载量的β细胞特异性表达ARRDC3、JUNB和DDIT3等基因，这些基因与应激反应和细胞死亡密切相关。

研究的一个重要突破是鉴定了长链非编码RNA MIR7-3HG在胰岛抗病毒反应中的关键作用。在干细胞衍生的胰岛中，MIR7-3HG敲低可降低65%-69%的基因表达，导致病毒基因组表达和细胞内病毒滴度显著下降。此外，MIR7-3HG敲低还减少了CVB3感染诱导的细胞凋亡和自噬标志物LC3B-II的积累。这些结果表明MIR7-3HG可能是CVB3复制和胰岛细胞死亡的重要调控因子。

这项研究的结论部分强调了多个重要观点。首先，CVB3感染可引发人类胰岛细胞的广泛而特异的反应，这种反应模式与poly(I:C)诱导的单纯免疫激活明显不同。其次，研究挑战了CVB对β细胞有特殊趋向性的传统观点，证明病毒能够感染所有胰岛细胞类型。第三，导管细胞表现出的强烈干扰素反应提示其在胰岛抗病毒防御中的潜在重要作用。最后，鉴定出的MIR7-3HG为开发针对病毒感染相关T1D的新型治疗策略提供了潜在靶点。

从更广泛的意义来看，这项研究为理解病毒感染与T1D发病的关联提供了单细胞水平的直接证据。研究发现CVB3感染可诱导多个T1D相关基因(IER3、PTPRN2、RASGRP1、POMC、IRF1和HLA-B)的表达改变，支持了病毒感染可能参与T1D发病的假说。此外，研究建立的干细胞衍生胰岛模型为后续研究病毒感染与T1D的关系提供了有力工具。这些发现不仅增进了对胰岛生物学的基本认识，也为开发保护胰岛细胞免受病毒感染影响的治疗策略指明了新方向。