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《自然通讯》:深入疱疹病毒

2019-11-21

  近日,发表在《Nature Communications》上的一项研究中,研究人员利用单细胞RNA测序深入了解了疱疹病毒,为预防疱疹感染带来了新的见解。 

  如果你的嘴唇开始刺痛发痒,通常意味着你将患上唇疱疹,这是一种小而令人疼痛的水泡,里面充满了具有高度传染性的单纯疱疹病毒(HSV)。 单纯疱疹病毒1型(HSV-1)是影响人类的九种已知疱疹病毒之一。全球人口中有80%是以静态潜伏形式感染的,但该病毒在裂解复制和再激活过程中可能引起多种疾病。例如新生儿或免疫系统较弱的人,疱疹病毒可引起脑部或肺部炎症。 

  来自德国Max Delbrück分子医学中心(MDC)柏林医学系统生物学研究所(BIMSB)的研究团队使用单细胞RNA测序精确检查了感染期间细胞内部发生的情况。 

  抑制疱疹感染 

  该研究第一作者、BIMSB生物信息学家Vedran Franke开发了一种算法,它能够预测单个细胞中感染进展的概率。研究团队希望知道是什么因素会促进或延缓感染。他们研究了单细胞感染进展方式的差异,发现NRF2转录因子发挥了主要作用:NRF2的激活会减缓感染的进程。 

  Franke说:我观察到单个细胞中每个基因调控发生的变化。这表明,NRF2转录因子的激活水平可以作为暂时抵抗HSV-1感染的标志。 

  细胞自身的状况似乎也起决定作用。他们发现,在细胞周期的某些阶段它们更容易受到HSV-1感染。 

  此外,该研究还取得了另一项发现:目前一种正在对慢性肾病患者进行测试的药物可以通过激活NRF2转录因子抑制疱疹病毒感染。当疱疹病毒进入宿主细胞时,它会携带自己的遗传信息。这意味着在被感染的细胞中人类和病毒的基因均被激活。当研究团队用甲基巴多索隆(bardoxolone methyl)治疗这些细胞时,该病毒的繁殖能力下降,它能激活的自身基因较少,而这些基因通常会加剧感染。研究团队认为这是由于药物对NRF2转录因子的影响。 

  由于人类胚胎肾细胞生长稳定,因此常用于研究。图片来源:Felix PetermannMDC 

  单细胞RNA测序提供的精确数据 

  迄今为止,很少有研究人员像BIMSB团队那样全面地研究急性病毒感染。该团队这项研究工作依赖于MDC2016年以来一直使用的一种方法:单细胞RNA测序。常规的测序方法可以让研究人员找出细胞中哪些基因具有活性,但无法观察到细胞中的差异。这有点儿像是水果奶昔。Wyler说:如果将10种水果放入搅拌机搅拌后让我品尝,我只能粗略地说出奶昔中含有黑莓。 

  而单细胞RNA测序则像是在制作水果沙拉。我可以立即识别出黑莓,并确切地说出沙拉中有多少黑莓。在实验室中,研究团队分析了大约12000个感染了HSV-1的人类皮肤细胞。新的测序方法为每个细胞生成一个单独的数据集,其中包含有关激活基因的信息。 

  Wyler说:如果你有12000个细胞和3000个待分析的基因,那么查看一个巨大的Excel表格将会是个很大的麻烦。 

  研究人员以前使用常规的RNA测序技术来鉴定大约70种在宿主细胞中被激活的HSV-1基因。Wyler表示,目前为止,只知道基因US1UL54同时在一组细胞中有活性。这项新研究表明,一些细胞只激活这两个基因中的一个。Wyler说:但我们不知道为什么只有一个被激活。 

  图片来源:《Nature Communications 

  这项研究中提出的所有结果都只能通过单细胞RNA测序来实现。 

  MDC研究人员使用的“Drop-seq”进行单细胞RNA测序。图片来源:Felix PetermannMDC 

  未来研究的蓝图 

  疱疹病毒是一种很好的研究模型,因为它在实验室中相对容易操作。作者将他们的工作视为一个展示单细胞RNA测序如何帮助研究人员了解病毒感染的蓝图。他们已经在计划与病毒学家们的合作,使用该方法来研究其他类型的疱疹和冠状病毒。在人类中,冠状病毒可引起感冒,有时还会引起严重的呼吸道疾病。 

  

   (来源:中国生物技术网) 

  原文出处:Wyler E, Franke V, Menegatti J, et al. Single-cell RNA-sequencing of herpes simplex virus 1-infected cells connects NRF2 activation to an antiviral program[J]. Nat Commun. 2019 Oct 25;10(1):4878. doi: 10.1038/s41467-019-12894-z. 

  链接:https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/31653857/ 

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