《Prion》：Epigenetic changes associated with the progression of prion disease in Syrian hamsters (Mesocricetus auratus)
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朊病毒病是致命的神经退行性疾病，其特征在于异常折叠的朊病毒蛋白诱导正常朊病毒蛋白错误折叠，导致神经毒性原纤维和斑块形成。表观遗传机制，特别是DNA甲基化（DNA methylation），日益被认为与类朊病毒病（如阿尔茨海默病）有关，但其在朊病毒病发病机制中的
朊病毒病是致命的神经退行性疾病，其特征在于异常折叠的朊病毒蛋白诱导正常朊病毒蛋白错误折叠，导致神经毒性原纤维和斑块形成。表观遗传机制，特别是DNA甲基化（DNA methylation），日益被认为与类朊病毒病（如阿尔茨海默病）有关，但其在朊病毒病发病机制中的作用仍不清楚。为了研究这一点，研究人员使用纳米孔测序（nanopore sequencing）和RNA测序（RNAseq），在感染后80、120和160天（days post-infection, dpi），对实验性感染仓鼠适应的小鼠合成朊病毒株的叙利亚仓鼠（Mesocricetus auratus）大脑（n=9）和年龄匹配的模拟感染对照组（n=9）进行了全基因组甲基化和基因表达测量。研究人员分别在第80、120和160 dpi鉴定出1,586、1,692和2,429个差异甲基化区域（differentially methylated regions, DMRs）。早中期朊病毒病（80和120 dpi）偏向于高甲基化，而晚期朊病毒病（160 dpi）偏向于低甲基化。160 dpi时DMR相关基因的基因本体论（Gene Ontology, GO）包括神经元调节和信号传导、神经发育和细胞应激通路。研究人员在80 dpi鉴定出178个差异表达基因（differentially expressed genes, DEGs），120 dpi为90个，160 dpi为616个。80 dpi时大多数DEGs下调，而在120和160 dpi，大多数上调。不同时间点间的DEGs重叠有限，GO术语与后期时间点疾病/损伤反应和细胞死亡通路的上调有关。总体而言，研究人员发现了一种阶段特异性的转录转变，从免疫抑制转向广泛的免疫和炎症激活。这些发现提供了与疾病期间神经元结构、功能和通讯受损相关的甲基化和转录变化的时间分辨数据。
朊病毒病（prion disease）是一类致死性、可传播的神经退行性疾病，影响包括人类在内的多种哺乳动物。其核心病理事件是宿主编码的正常细胞型朊蛋白（PrP
C）发生构象转变，形成具有自我模板复制能力的致病型朊蛋白（PrP
Sc）。表观遗传机制，特别是DNA甲基化（DNA methylation），在类朊病毒病（如阿尔茨海默病）中的作用日益受到关注，但在传染性朊病毒病中的时空动态仍缺乏系统性研究。此前的相关研究多局限于人类疾病的单时间点、非神经组织，难以揭示大脑这一主要受累组织中表观遗传改变的演化过程。叙利亚仓鼠（Mesocricetus auratus）作为朊病毒研究的经典模型，结合全基因组纳米孔甲基化测序技术，为纵向追踪疾病进展中的表观遗传变化提供了条件。这项发表于《Prion》的研究，旨在表征叙利亚仓鼠在大脑感染过程中CpG甲基化和基因表达的动态变化，以揭示表观遗传调控在朊病毒病发病机制中的潜在作用。
研究人员采用来自Envigo的雄性叙利亚仓鼠，通过颅内接种仓鼠适应的小鼠合成朊病毒株（HaMSP）建立感染模型，并以年龄匹配的模拟感染仓鼠为对照。在感染后80、120、160天（dpi）三个时间点，每组各3只仓鼠被安乐死并采集全脑样本。方法上，使用Oxford Nanopore PromethION平台进行全基因组甲基化测序（约15×覆盖度），检测CpG甲基化；同时采用Illumina NovaSeq平台进行RNA测序（RNAseq，约40M reads/样本）。生物信息学分析包括：Modkit提取甲基化修饰信息，Methylkit以1,000 bp窗口鉴定差异甲基化区域（DMRs），DAVID进行基因本体（GO）富集分析；RNAseq数据经STAR比对、FeatureCounts定量、DESeq2鉴定差异表达基因（DEGs）。这些技术手段实现了同一脑组织中甲基化与转录组的平行分析。
在结果方面，论文有以下几个主要发现。
HaMSP感染仓鼠的发病过程：通过96孔免疫分析检测脑匀浆中蛋白酶K抗性的PrPSc积累，结果显示60 dpi即可检测到PrPSc，并持续增加至140 dpi。与对照相比，感染仓鼠自70 dpi出现显著的体重增加，临床神经症状首发于121±3 dpi。这一结果确认了模型具有清晰的早、中、晚期阶段，为后续分析提供了时间框架。
CpG甲基化：纳米孔甲基化测序显示，全局甲基化水平与啮齿类脑组织一致，平均约30.01%的CpG为未修饰胞嘧啶，60.05%为5-甲基胞嘧啶，9.94%为5-羟甲基胞嘧啶，且感染组与对照组无显著整体差异。区域分析在80、120和160 dpi分别鉴定到1,586、1,692和2,429个DMRs，其中80和120 dpi偏向高甲基化，160 dpi偏向低甲基化。DMR在基因组上的分布显示，启动子区在所有时间点均呈显著耗竭，内含子区显著富集，外显子区在120和160 dpi也显著富集。GO分析显示，80 dpi高甲基化区域富集于突触组织、轴突导向和神经系统发育；120 dpi高甲基化涉及突触组织、功能和细胞形态发生；160 dpi则出现高甲基化集中于染色质重塑、细胞存活、转录调控和细胞分化，低甲基化区域与突触组装和功能、细胞粘附以及神经结构和投射相关。这些结果提示，甲基化改变具有时间依赖性和阶段特异性。
基因表达：RNAseq数据经主成分分析显示，PC1和PC2分别解释38%和27%的方差，且样本按治疗组和时间点分离，表明转录组变异同时受感染状态和疾病进程影响。DEG数目从80 dpi的178个（28个上调、150个下调）、120 dpi的90个（67个上调、23个下调），增加至160 dpi的616个（326个上调、290个下调）。不同时间点之间的DEG重叠有限。GO分析显示，80 dpi下调基因主要涉及免疫和炎症通路抑制，且无显著上调通路；120 dpi上调基因涉及神经炎症和免疫激活，包括对脂多糖的细胞反应、炎症反应和肿瘤坏死因子产生的正向调节；160 dpi上调基因显著富集于程序性细胞死亡、神经炎症和细胞应激信号通路，而下调基因数量较少，主要与突触可塑性调节有关。这显示出从早期的免疫抑制到晚期的免疫炎症激活的转录谱转变。
在讨论部分，研究人员指出DMR数量随病程进展而增加，且DMR分布位置具有阶段性。多个与神经元功能密切相关的基因位于DMR附近，例如组蛋白去乙酰化酶9（Hdac9）、teneurin跨膜蛋白4（Tenm4）和piccolo突触前细胞基质蛋白（Pclo），研究指出这些基因的甲基化改变可能与突触损伤和神经炎症有关。差异表达基因中，早期生长反应基因1（Egr1）和4（Egr4）在80 dpi上调而在中晚期下调；C-X-C基序趋化因子配体13（Cxcl13）和丝氨酸蛋白酶抑制剂clade A成员3M（Serpina3m）则在80 dpi下调、在中晚期上调，反映了疾病过程中的免疫动态变化。讨论也承认了研究的局限性，包括观察性设计无法确立因果关系、未进行独立方法学验证、全脑匀浆可能掩盖细胞特异性信号，以及样本量较小等。
总之，这项探索性研究表明，在朊病毒病的潜伏期和临床期，CpG甲基化和基因表达均发生改变，其变化方式与人类和动物疾病的发病机制相关。研究人员提供了与朊病毒病中甲基化和基因表达变化相关的区域、特定基因和生物学过程，这些发现既与以往研究一致，也代表了尚未研究的通路。有必要对这些基因和通路进行进一步研究，包括整合甲基化和基因表达数据，以阐明疾病发病机制背后的机制和因果关系。
