RNA測序深入了解皰疹病毒

　　近日，發表在《Nature Communications》上的一項研究中，研究人員利用單細胞RNA測序深入了解了皰疹病毒，為預防皰疹感染帶來了新的見解。

　　如果你的嘴唇開始刺痛發癢，通常意味著你將患上唇皰疹，這是一種小而令人疼痛的水泡，里面充滿了具有高度傳染性的單純皰疹病毒（HSV）。 單純皰疹病毒1型（HSV-1）是影響人類的九種已知皰疹病毒之一。全球人口中有80％是以靜態潛伏形式感染的，但該病毒在裂解復制和再激活過程中可能引起多種疾病。例如新生兒或免疫系統較弱的人，皰疹病毒可引起腦部或肺部炎癥。

　　來自德國Max Delbrück分子醫學中心（MDC）柏林醫學系統生物學研究所（BIMSB）的研究團隊使用單細胞RNA測序精確檢查了感染期間細胞內部發生的情況。

　　抑制皰疹感染

　　該研究第一作者、BIMSB生物信息學家Vedran Franke開發了一種算法，它能夠預測單個細胞中感染進展的概率。研究團隊希望知道是什么因素會促進或延緩感染。他們研究了單細胞感染進展方式的差異，發現NRF2轉錄因子發揮了主要作用：NRF2的激活會減緩感染的進程。

　　Franke說：“我觀察到單個細胞中每個基因調控發生的變化。這表明，NRF2轉錄因子的激活水平可以作為暫時抵抗HSV-1感染的標志。”

　　細胞自身的狀況似乎也起決定作用。他們發現，在細胞周期的某些階段它們更容易受到HSV-1感染。

　　此外，該研究還取得了另一項發現：目前一種正在對慢性腎病患者進行測試的藥物可以通過激活NRF2轉錄因子抑制皰疹病毒感染。當皰疹病毒進入宿主細胞時，它會攜帶自己的遺傳信息。這意味著在被感染的細胞中人類和病毒的基因均被激活。當研究團隊用甲基巴多索隆（bardoxolone methyl）治療這些細胞時，該病毒的繁殖能力下降，它能激活的自身基因較少，而這些基因通常會加劇感染。研究團隊認為這是由于藥物對NRF2轉錄因子的影響。

由于人類胚胎腎細胞生長穩定，因此常用于研究。圖片來源：Felix Petermann，MDC

　　單細胞RNA測序提供的精確數據

　　迄今為止，很少有研究人員像BIMSB團隊那樣全面地研究急性病毒感染。該團隊這項研究工作依賴于MDC自2016年以來一直使用的一種方法：單細胞RNA測序。常規的測序方法可以讓研究人員找出細胞中哪些基因具有活性，但無法觀察到細胞中的差異。這有點兒像是水果奶昔。Wyler說：“如果將10種水果放入攪拌機攪拌后讓我品嘗，我只能粗略地說出奶昔中含有黑莓。“而單細胞RNA測序則像是在制作水果沙拉。我可以立即識別出黑莓，并確切地說出沙拉中有多少黑莓。”

　　在實驗室中，研究團隊分析了大約12000個感染了HSV-1的人類皮膚細胞。新的測序方法為每個細胞生成一個單獨的數據集，其中包含有關激活基因的信息。

　　Wyler說：“如果你有12000個細胞和3000個待分析的基因，那么查看一個巨大的Excel表格將會是個很大的麻煩。”

　　研究人員以前使用常規的RNA測序技術來鑒定大約70種在宿主細胞中被激活的HSV-1基因。Wyler表示，目前為止，只知道基因US1和UL54同時在一組細胞中有活性。這項新研究表明，一些細胞只激活這兩個基因中的一個。Wyler說：“但我們不知道為什么只有一個被激活。”

圖片來源：《Nature Communications》

　　這項研究中提出的所有結果都只能通過單細胞RNA測序來實現。

MDC研究人員使用的“Drop-seq”進行單細胞RNA測序。圖片來源：Felix Petermann，MDC

　　未來研究的藍圖

　　皰疹病毒是一種很好的研究模型，因為它在實驗室中相對容易操作。作者將他們的工作視為一個展示單細胞RNA測序如何幫助研究人員了解病毒感染的藍圖。他們已經在計劃與病毒學家們的合作，使用該方法來研究其他類型的皰疹和冠狀病毒。在人類中，冠狀病毒可引起感冒，有時還會引起嚴重的呼吸道疾病。

　　 Single-cell RNA-sequencing of herpes simplex virus 1-infected cells connects NRF2 activation to an antiviral program Nature Communications volume 10, Article number: 4878 (2019)