跨模型转录组分析比较 PEDV 感染 IPEC-J2 细胞与仔猪空肠的宿主反应

《BMC Veterinary Research》：Cross-model transcriptomic analysis reveals shared and model-specific host transcriptional responses to porcine epidemic diarrhea virus infection in IPEC-J2 cells and piglet jejunum

摘要

背景

猪流行性腹泻病毒（PEDV）会导致仔猪出现严重的肠道疾病，并在肠上皮和肠道组织中引发广泛的宿主反应。猪肠上皮细胞系IPEC-J2被广泛用作PEDV感染的体外模型。然而，这一简化模型在多大程度上反映了受感染肠道组织中的宿主转录反应仍不清楚。在本研究中，我们对PEDV感染的IPEC-J2细胞及PEDV感染仔猪的空肠组织进行了RNA测序（RNA-seq），随后通过跨模型转录组分析，在基因、生物过程和通路层面比较了体外IPEC-J2模型与体内的仔猪空肠模型。

结果

PEDV感染在IPEC-J2细胞和仔猪空肠中均引发了广泛的转录变化。跨模型比较发现了93个共上调基因，这些基因的重叠程度显著高于随机预测的结果。然而，这两种模型中这些基因的 fold change 值存在差异。在生物过程和通路层面观察到的一致性更强，而在单个基因层面则较弱。两种模型共有118个富集的基因本体（GO）生物过程，且其富集谱高度相关。京都基因组与基因百科全书（KEGG）分析分别在IPEC-J2细胞和仔猪空肠中鉴定出29条和28条显著富集的通路。其中，28条通路在两种模型中都存在，且其富集谱也高度相关。共同的反应主要涉及抗病毒防御、先天免疫、细胞因子信号传导和炎症反应。基于KEGG的基因集富集分析（GSEA）进一步证实了两种模型中选定的免疫相关通路的富集现象。标准化富集分数（NES）值在仔猪空肠中通常高于IPEC-J2细胞。对选定的免疫和炎症相关基因进行的逆转录定量PCR（RT-qPCR）验证结果与RNA-seq结果基本一致。

结论

PEDV感染的IPEC-J2细胞再现了在仔猪空肠中观察到的几种宿主反应特征，包括上调基因的显著重叠，以及在生物过程和通路层面的一致性更强，而不仅仅是单个基因层面。这些发现支持了IPEC-J2细胞作为体外模型的有效性，可用于研究上皮细胞对PEDV的反应，并识别潜在的通路和进一步研究的靶点。然而，该模型并未完全反映受感染肠道的细胞复杂性、反应强度或时间背景。