人鼻类器官揭示RSV感染的年龄差异与细胞嗜性：单细胞测序发现新型靶细胞与免疫调控机制

《Journal of Infection》：Single cell sequencing analysis of respiratory syncytial virus infected pediatric and adult human nose organoids reveals age differences, proliferative diversity and identifies novel cellular tropism

本刊推荐：为解决呼吸道合胞病毒(RSV)感染年龄差异机制不明的问题，研究人员开展人鼻类器官(HNOs)单细胞转录组学研究，发现成人/儿童HNOs存在分化与增殖通路差异，儿童HNOs呈现更低且失调的先天免疫应答，并首次鉴定基底细胞、离子细胞/簇状细胞等新型RSV易感细胞，为靶向治疗和疫苗研发提供关键资源。

　　

呼吸道合胞病毒（RSV）是全球婴幼儿死亡的主要原因，年龄是导致幼儿感染严重程度的重要因素。尽管RSV主要感染气道上皮的纤毛细胞，诱导黏液过度分泌和纤毛清除功能受损，但其在细胞水平的感染机制尚不明确。尤其年龄差异在RSV发病机制中的作用，包括气道上皮细胞类型的变化、感染后上皮细胞群体的改变以及RSV感染的分子机制仍未被揭示。传统观点认为RSV细胞嗜性仅限于气道上皮的多纤毛细胞，但病毒RNA如何在其他气道上皮细胞和肺外部位被发现尚不清楚。此外，RSV感染的典型特征是黏液过度分泌和杯状细胞增生，在婴幼儿中尤为显著，但其分子机制和细胞来源仍不清晰。

为深入探究这些问题，研究人员利用成人及儿童来源的人鼻类器官（Human Nose Organoids, HNOs）模型，结合单细胞RNA测序（scRNA-seq）技术，构建了首个成人及儿童鼻细胞图谱，系统解析了RSV感染在成人 versus 儿童HNOs中的异质性，并鉴定出对RSV感染易感的新型细胞类型。

本研究主要采用以下关键技术方法：利用人鼻类器官（HNOs）培养体系（样本来源于成人及儿童捐赠者），通过单细胞RNA测序（scRNA-seq）对感染及未感染的HNOs进行转录组分析；采用多光谱流式细胞术验证细胞类型特异性感染；通过免疫组化及免疫荧光染色分析细胞增殖与分化状态；应用基因集富集分析（GSEA）解析信号通路变化。

Sc-RNA Seq of adult and pediatric HNOs show distinct and similar nasal epithelial cell subpopulations

通过无监督聚类分析84,255个细胞，在成人HNOs中鉴定出10个上皮亚群，儿童HNOs中鉴定出12个上皮亚群。儿童HNOs具有更强的增殖性，并包含独特的异常基底样细胞（Aberrant Basaloid Cells, ABC），表达上皮间质标记和发育转录因子。儿童HNOs中还发现第三个纤毛细胞簇——循环纤毛细胞（Cycling Ciliary Cells），具有增殖能力。与成人相比，儿童HNOs具有更多分泌细胞群体，包括杯状细胞和俱乐部细胞。

RSV-infected HNOs show variation in airway epithelial cell numbers, levels of viral transcripts and virus host receptor expression

RSV感染导致成人及儿童HNOs中多能基底细胞、纤毛细胞减少，分泌细胞显著扩增，并出现修复性基底细胞和凋亡细胞簇。病毒转录本分析显示，成人中RSV感染主要局限于纤毛细胞簇，而儿童中则扩展到ABCs和离子细胞/簇状细胞。宿主受体表达分析发现，核仁素（NCL）、细胞间粘附分子1（ICAM1）等RSV相关受体在易感细胞簇中上调，提示RSV利用不同宿主蛋白进行感染。

RSV preferentially infects primary ciliary cells and mucociliary cells in both adult and pediatric HNOs

高分辨率亚聚类分析揭示，纤毛细胞包含多个亚群：原始纤毛细胞（Primary Cilia）、 deuterosomal细胞、黏液纤毛细胞（Mucociliary Cells）和运动纤毛细胞。RSV基因主要在原始纤毛细胞中表达，表明其是RSV感染的新靶点。多光谱流式验证显示，RSV优先感染儿童HNOs中的原始纤毛。受体表达分析显示，CX3CL1和ICAM1在原始纤毛细胞簇中富集，通路分析提示这些细胞激活抗病毒和炎症信号。

RSV infection increases goblet cells, decreases club cells, and induce airway epithelial composition rearrangement in HNOs

RSV感染导致杯状细胞增加、俱乐部细胞减少，上皮细胞组成发生重构。儿童HNOs中多个分泌细胞亚群表达MUC5AC，且出现表达CXCL10的促炎性杯状细胞，与严重疾病相关。成人HNOs中发现独特的浆液腺细胞（Serous Gland Cells），表达具有抗病毒活性的SPINK5。

RSV infects basal cells and ionocytes of pediatric HNOs

研究发现RSV可感染儿童HNOs中的基底细胞和离子细胞，而在成人中未发现类似感染。活化基底细胞（Activated Basal Cells, AcBC）表达KRT23，具有间质转化特征，并显示RSV感染。多光谱流式证实RSV感染局限于KRT23+基底细胞亚群。离子细胞亚聚类显示RSV感染主要局限于离子细胞而非簇状细胞，并激活抗病毒反应。

本研究通过单细胞转录组学分析首次构建了成人及儿童人鼻类器官的细胞图谱，揭示了RSV感染的年龄特异性差异。研究发现儿童HNOs具有更强的增殖能力和独特的细胞组成，RSV感染显示更广泛的细胞嗜性，包括基底细胞、离子细胞等新型靶细胞。分子机制上，RSV利用差异表达的宿主受体感染不同上皮细胞群体，并诱导上皮重构和炎症应答。这些发现为理解RSV发病机制的年龄差异提供了重要见解，为开发针对不同年龄群体的特异性治疗策略和疫苗设计提供了关键资源。研究的局限性包括样本量较小和时间点单一，未来需要更多验证研究来确认这些发现。