从CD163到系统免疫基因组学：猪遗传、表观遗传和RNA介导的抗病毒抗性

《Journal of Applied Animal Research》：From CD163 to systems immunogenomics: genetic, epigenetic, and RNA-mediated antiviral resistance in pigs

　　

病毒性疾病仍然是猪健康、福利和生产力的主要限制因素。尽管疫苗接种、生物安全和猪群管理至关重要，但宿主导向策略为改善抗病性和恢复力提供了补充机会。编辑CD163（分化簇163）的猪提供了令人信服的证据，表明对宿主易感因子的修饰可赋予对受试猪繁殖与呼吸综合征病毒（PRRSV）毒株的抗性。除这一已确立的例子外，宿主遗传变异、先天免疫通路、表观遗传修饰、RNA甲基化和非编码RNA（ncRNA）均已被认为与猪抗病毒反应有关。然而，证据范围从实验证明的抗性到基于细胞的功能效应、分子关联和计算预测。本综述批判性地审视这些机制，强调其因果验证、病原体特异性和跨调控层的相互作用。研究人员提出一个证据加权的系统免疫基因组学框架，用于区分已验证的调控关系与假设性交叉对话，并确定机制研究和全动物研究的优先事项。研究还考虑了基因组选择、基因组编辑和精准健康管理中的转化机会，以及监管和商业限制。推进宿主导向抗病毒策略将需要可重复的抗性表型和在具有生物学相关性的生产条件下进行验证。

1. 引言：病毒感染持续威胁猪生产的可持续性，PRRS、非洲猪瘟（ASF）、经典猪瘟（CSF）和猪圆环病毒2型（PCV2）相关疾病造成显著损失；疫苗、生物安全和猪群管理虽重要，但病毒进化与免疫逃逸促使研究人员关注宿主易感性和抗病毒防御的补充策略。
2. CD163作为遗传抗性范式：CD163编辑证明宿主易感因子可被遗传修饰，但该抗性具有病原特异性，需考虑受体生理、病毒多样性和长期宿主性能。
2.1 结构与生物学功能：CD163主要表达于单核细胞和组织巨噬细胞，属清道夫受体富半胱氨酸（SRCR）超家族，含九个胞外SRCR结构域、跨膜区和短胞质尾，参与血红蛋白–触珠蛋白复合物清除并受炎症信号调节。
2.2 在PRRSV进入中的作用：PRRSV感染涉及吸附、内化、内体转运和基因组释放；CD169（SIGLEC1）和硫酸肝素参与吸附与摄取，而CD163对 productive infection 必需，其SRCR5结构域对进入后病毒脱壳和基因组释放尤为重要。
2.3 基因编辑成功与局限：CD163编辑是畜禽遗传介导抗病毒抗性的清晰例子，但需区分实验条件抗性与对流行毒株多样性的保护。
2.3.1 已实现的抗性：完全破坏CD163和选择性删除SRCR5均产生对实验测试PRRSV毒株抗性的猪，SRCR5特异性编辑表明可选择性地修饰易感相关蛋白结构域而非完全灭活受体。
2.3.2 潜在生理权衡：完全受体破坏可能影响血红蛋白清除和炎症调节，SRCR5特异性编辑保留其余CD163结构并显示部分生物学功能保留，但不能证明所有巨噬细胞活动均未受影响，长期免疫能力、无关感染易感性和生产性状仍需评估。
2.3.3 监管与商业转化：CD163编辑PRRSV抗性猪已进入部分国家监管授权阶段，美国FDA批准CD163ΔE7意向性基因组改变，加拿大相关机构授权食品用途及饲料原料；但监管批准不等同商业部署，还受繁殖扩群、出口市场和国际供应链接受度影响，中国合资事项不构成抗性性状监管授权，欧盟尚未确立该特定编辑猪授权。
2.3.4 CD163中心抗性的局限：其保护针对PRRSV而非无关猪病毒，且不应假定对所有PRRSV分离株一致；FDA审查的挑战研究中纯合CD163ΔE7猪对若干分离株显示抗性，但未对KS06-72109分离株证明抗性，提示需重视病毒株多样性。
3. 病毒抗性新兴遗传决定因素：除CD163外，猪病毒利用不同吸附因子、受体和宿主蛋白酶，证据需按实验验证、分子关联或计算预测区分。
3.1 病毒受体因子：PRRSV中CD169促进吸附和内化，但敲除猪仍易感，CD163对感染性必需；TGEV使用ANPEP，而ANPEP缺陷猪仍易感PEDV；ASFV进入为多因素且关键受体未明确；IAV需HA0裂解为HA1和HA2，swTMPRSS2和swAT可激活HA并支持多周期复制。
3.2 先天免疫感知与信号：RNA感应受体TLR3、TLR7和RIG-I（DDX58）识别RNA病毒并触发I型干扰素和炎性细胞因子；DNA病毒涉及cGAS–STING和TLR9，PCV2拮抗cGAS降低cGAMP并促cGAS降解，ASFV感染猪巨噬细胞可通过浆细胞样树突状细胞触发STING依赖干扰素反应但ASFV有拮抗机制；PRRSV和ASFV可拮抗干扰素信号，宿主遗传变异可影响IFN-γ活性和炎性细胞因子反应。
3.3 宿主限制因子：MX1通过GTPase依赖机制干扰PRRSV N与Nsp9互作并抑制RNA合成，在CSFV中抑制NS5B；IFITM3抑制PRRSV膜融合，猪IFITM限制ASFV且敲低增强复制、过表达抑制；OAS–RNase L通路中dsRNA激活OAS产生2′–5′寡腺苷酸激活RNase L，ASFV中OAS1通过RNase L依赖和招募TRIM21促进p72降解。
3.4 遗传多态性与抗性性状：免疫相关基因SNP可影响抗病毒信号和基因表达；GWAS发现PRRSV病毒载量和生长相关QTL，SSC4主要区域与降低病毒载量和改善增重相关并有独立商业群体支持；通城和藏猪在高致病PRRSV挑战下报告较低病毒血症或较轻病情，但不能确立通用抗性或因果机制，候选变异需跨群体和环境验证。
4. 抗病毒免疫的表观遗传调控：DNA甲基化、组蛋白修饰和环境相关表观可塑性可影响免疫基因表达，但感染相关变化不必然证明因果抗性。
4.1 DNA甲基化：主要发生在CpG二核苷酸，启动子高甲基化常与表达降低相关；EBV可改变DNMT表达和启动子甲基化但非猪证据；猪poly(I:C)刺激PBMC的甲基化–转录组分析显示免疫基因表达关联，TGEV感染猪睾丸细胞发现1764个差异甲基化区域且EMILIN2和RIPOR3启动子甲基化与表达负相关，但为相关性和细胞系证据；PEDV中MUC2启动子甲基化干扰YY1依赖调控并降低MUC2，AQP3启动子CpG甲基化与Sp1结合受损和表达降低相关，仍需靶向修饰和功能验证。
4.2 组蛋白修饰：H3K27ac和H3K4me3通常标记活跃调控区；poly(I:C)刺激猪肺泡巨噬细胞的ChIP-seq和RNA-seq发现H3K27ac在启动子和增强子变化与TLR3和RIG-I免疫通路相关，但全球变化较温和；PEDV感染仔猪空肠全基因组分析发现1885个差异H3K4me3峰对应1723个基因，OAS1和OAS2的H3K4me3富集增加与转录本丰度升高一致，但未证明直接驱动转录或限制复制，且细胞组成和模型差异限制比较。
4.3 表观遗传可塑性与环境影响：表观遗传受营养、应激、饲养和免疫暴露影响，但营养干预包括膳食甲基供体直接改善特定猪病毒抗性的证据不足；甲基化改变不应在无功能或感染挑战数据时解释为抗性改善；训练免疫涉及代谢和表观重编程，但猪中持久表观介导抗病毒保护尚未充分建立，需控制干预、细胞类型特异表观基因组分析和病原特异挑战。
5. 表观转录组学：RNA水平调控：m6A和RNA稳定性/翻译控制可在转录后影响基因表达，猪证据从关联到功能通路不等。
5.1 m⁶A RNA甲基化：m⁶A是常见mRNA内部修饰，由METTL3/METTL14复合物写入，FTO和ALKBH5去除，reader蛋白识别并影响RNA命运；与DNA甲基化和组蛋白修饰不同，m⁶A可转录后改变RNA加工、稳定性和翻译；病毒感染中其作用上下文依赖，非统一抗病毒或促病毒，全局丰度或调节因子表达变化不能独立证明功能贡献。
5.2 RNA稳定性与翻译控制：m⁶A通过reader影响RNA稳定性、剪接、定位和翻译，可能改变干扰素信号时序和幅度、细胞因子产生和ISG表达；但存在修饰或调节因子表达改变不证明特定抗病毒转录本直接受m⁶A控制，需鉴定修饰RNA、连接RNA命运并功能验证下游抗病毒效应，猪中全转录组m⁶A谱扩展快于位点机制验证。
5.3 猪病毒感染中的证据：PRRSV感染猪肺MeRIP-seq与转录组分析发现m⁶A富集、可变剪接及免疫和细胞外基质基因表达变化，但多为关联；METTL3–SQSTM1–IKKε–IFN-β通路中METTL3介导SQSTM1 mRNA m⁶A增强SQSTM1表达，促进K63泛素化和SQSTM1依赖选择性自噬降解IKKε，抑制IFN-β信号并促PRRSV复制，功能扰动和甲基转移酶活性实验支持但存在m⁶A非依赖贡献且精确位点未完全解析；PCV2中METTL14/FTO相关m⁶A影响miR-30a-5p成熟并调节复制；ASFV直接证据不足，MeRIP-seq分辨率和转录本丰度差异限制解释。
6. 非编码RNA在病毒抗性中的作用：miRNA、lncRNA和circRNA证据强度不同，需区分表达关联、功能细胞实验和体内保护。
6.1 microRNA：miRNA约18–24 nt，通过序列依赖方式促降解或翻译抑制；可靶病毒基因组、宿主易感因子或免疫信号；PRRSV中miR-181靶病毒RNA保守区和CD163 3′UTR，减少复制和受体表达，miR-181 mimic在实验感染猪中降低病毒血症和发热；miR-26a增强I型干扰素相关反应和MX1/ISG15并抑制PRRSV，而PRRSV感染增加的let-7b、miR-26a、miR-34a和miR-145可与IFN-β 3′UTR互作抑制IFN-β蛋白；miR-26a结果看似矛盾但终点不同；miRNA调控多对多；PCV2中miR-30a-5p靶14-3-3增强自噬促复制，CSFV中miR-140靶Rab25、miR-17-5p通过PKD2-AMPK/mTOR–自噬抑制复制；ASFV多为预测网络，IAV肺miRNA反应随宿主适应和肺区变化。
6.2 长链非编码RNA：lncRNA一般长于200 nt，可与DNA、RNA和蛋白互作；猪抗病毒lncRNA功能证据有限；PRRSV感染巨噬细胞有差异表达，LNC_000397在感染中诱导，siRNA敲低增加复制并降低MX1、ISG15和RSAD2，支持功能作用，但中间分子和全动物保护未证实；cis/trans调控和ceRNA互作需直接结合、调控方向和病毒复制验证，多数网络仍为关联或预测。
6.3 环状RNA：circRNA为共价闭合转录本，抗外切酶降解，可结合RNA结合蛋白和部分miRNA但miRNA海绵非普遍功能；PRRSV感染和免疫刺激中circRNA表达变化并被构建候选circRNA–miRNA–mRNA网络，但多为描述或计算；RT-qPCR确认表达不证明miRNA结合，需直接结合、丰度定位、扰动救援和下游靶点及病毒复制证据。
6.4 生物标志物与治疗潜力：ncRNA有感染监测和宿主导向干预潜力，但转化准备度不同；miRNA功能证据最强，miR-181 mimic在实验感染猪中降低PRRSV相关病毒血症和发热；但表达改变不足以建立诊断或预测价值，标志物需跨独立群体、毒株、感染阶段和现场条件重复验证；miRNA mimic和inhibitor面临递送、体内稳定性、剂量、脱靶和意外免疫激活等挑战，多对多调控增加风险。
7. 走向系统免疫基因组学框架：核心是确定遗传变异和多层调控如何共同影响抗病毒表型；跨层协调变化不证明直接调控，需按证据强度分级；表观–转录界面猪研究显示甲基化–表达和H3K27ac/H3K4me3–免疫转录关联但因果有限；m⁶A–miRNA界面PCV2中METTL14/FTO影响miR-30a-5p成熟和复制，mimic部分恢复支持功能关系；PRRSV巨噬细胞中lncRNA–miRNA–mRNA和circRNA–miRNA–mRNA网络涉及CTLA4和SAMHD1但多为计算；染色质与RNA层直接交叉未建立，相关变化可能源于共享上游免疫激活、感染严重度或细胞组成差异，框架需以细胞类型分辨多组学结合扰动救援并实验感染猪验证。
8. 对可持续猪健康管理的启示：转化需区分已证明抗病毒效应和可商业实施策略，各方法互补而非互斥，可行性排序反映当前直接可部署性而非科学重要性。
8.1 精准育种策略：基因组选择较易纳入现有育种计划，但依赖准确记录的可遗传表型、参考群和跨遗传背景与环境验证；表观基因组和转录组信息可补充但需证明预测准确性和成本效益。
8.2 超越CD163的基因编辑：CD163编辑显示宿主易感因子修饰可产生病原特异抗性且监管进展领先；未来可研究进入、胞内限制和免疫信号靶点，但多重编辑的附加保护不能由单个编辑成功推断，需评估抗病毒受益、意外基因组变化、免疫功能、遗传稳定性和生产性能。
8.3 生物标志物与整合精准健康管理：整合诊断、验证分子标志物和生产数据可支持群体决策，不同于针对遗传改良的基因组选择；个体技术可用但整合系统尚不成熟，感染相关表达变化不必然预测抗性，标志物需目的特异验证准确性、重复性、采样可行性和成本效益；精准监测可支持One Health早期识别人兽共患尤其猪IAV，但检测改进不独立证明降低风险，应补充常规检测、生物安全和兽医措施。
8.4 伦理与监管考虑：商业转化需评估动物福利、食品安全、意外生物效应、长期性状稳定性和生产性能；监管授权与商业实施不同，一国批准不保证他国接受，多基因组改变更复杂；表观和RNA方法还面临体内验证有限、组织特异、递送和可重复性障碍；系统免疫基因组学主要是候选发现和优先级排序的使能框架，公众接受依赖透明风险–收益沟通和监管信任。
9. 挑战与知识空白：首要挑战是因果性，细胞中病毒复制改变不必然转化为猪感染易感性、疾病严重度或性能改善，需对照感染研究区分抗性、耐受和恢复力；第二是缺乏在定义感染阶段收集的整合细胞类型特异猪调控数据集，研究间组织、毒株、模型和方法差异限制整合，需标准化纵向采样和匹配多组学；第三是区分真实交叉对话与共享上游刺激导致的协调反应，相关可能反映感染严重度、免疫细胞组成或采样时间，需扰动救援连接调控层变化与下游分子和抗病毒表型；第四是转化需在独立群体、流行毒株和商业环境中重复，并评估预测性能、生理权衡、经济可行性和育种健康系统兼容性。
10. 未来展望：应从扩展分子数据转向识别可重复调控关系并验证其生物学相关性。
10.1 多组学整合与系统免疫基因组学：未来应整合基因组、表观基因组、表观转录组和转录组与明确感染和恢复力表型；836头猪自然多微生物挑战的多组学整合改善部分健康和生产性状预测，但增益因性状而异、缺外部验证且未建立病原特异抗性；机器学习需与统计方法基准比较、使用独立群体和可解释特征，优先纵向细胞类型分辨分子谱连接感染结局并靶向验证高优先级候选。
10.2 迈向ASFV抗性猪：ASFV说明分子抗病毒活性转化为全动物保护困难；多重CRISPR–Cas9靶ASFV序列体外降低复制但实验挑战转基因猪未改善生存；非洲野猪和家猪比较提示感染结局涉及多宿主反应和耐受差异但因果未明，自然耐受不等同抗感染；未来应优先功能验证宿主决定因素、评估生理后果并进行适当体内挑战，结合感染阶段分子谱区分限制复制与减轻严重度而不防感染，进展应以验证机制和可重复抗病毒表型衡量。
11. 结论：CD163介导PRRSV抗性证明靶向宿主易感因子可提供病原特异保护，但扩展至单一病毒系统之外需区分实验验证抗性与许多表观、表观转录和非编码RNA通路的关联性证据；系统免疫基因组学的主要贡献不是简单整合多层调控，而是按机制因果、病原特异性和可重复性批判评估；证据加权框架可优先生物意义抗性决定因素并指导精准育种、基因编辑和补充疾病控制，其实际价值取决于在保留宿主生理功能和商业可行性的同时证明可重复抗病毒保护。