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山东省农业科学院畜牧兽医研究所:通过单细胞RNA测序解读PRRSV感染的免疫特征和细胞异质性

2026-02-12 01:35:15

I论文导读

猪繁殖与呼吸综合征病毒（PRRSV）自20世纪80年代暴发以来，持续重创全球养猪业，其高变异性和免疫逃逸机制使传统疫苗与防控策略屡屡失效。尽管PRRSV主要靶向肺泡巨噬细胞，导致仔猪间质性肺炎和免疫抑制，但病毒如何在单细胞层面重塑宿主免疫细胞网络、诱导免疫衰竭仍不清楚。

2025年12月30日，山东省农业科学院畜牧兽医研究所研究团队在Journal of Virology上发表题为“Deciphering immune features and cellular heterogeneity in PRRSV infection via single-cell RNA sequencing”的最新研究论文。本研究利用单细胞转录组测序，首次绘制PRRSV感染早期肺脏免疫微环境动态图谱，揭示SPP1^high巨噬细胞为病毒核心靶标。

IF：4.17 中科院2区 | JCR/Q2 病毒学

参考译文：通过单细胞RNA测序解读PRRSV感染的免疫特征和细胞异质性

第一作者：Jianda Li

通讯作者：Jiang Yu, Jiaqiang Wu

I主要研究结果

1.猪繁殖与呼吸综合征病毒感染早期在仔猪多器官中的分布

在PRRSV感染后5天内，研究团队系统追踪了病毒在仔猪体内的分布与载量动态。鼻内攻毒后0.5天即可在鼻拭子中检出少量病毒RNA，但直至4天方出现显著上升；血清中感染性病毒粒子则1天即被检出并持续升高。肺组织病毒载量最高，腹股沟淋巴结次之；意外的是，其中1头仔猪小肠亦检出高滴度病毒，提示PRRSV早期即可突破呼吸道屏障向肠道扩散。免疫荧光证实病毒主要聚集在肺泡及肺泡隔，与组织贫血、间质增厚和大量淋巴细胞浸润同步。

图1.猪繁殖与呼吸综合征病毒感染后病毒载量及在仔猪多器官中的分布

2.PRRSV感染后肺内细胞类型组成和病毒分布的单细胞分析

对感染后5天的仔猪肺组织进行单细胞RNA测序，共捕获46,922个高质量细胞，整合对照与PRRSV组后聚为15个主要类型。病毒感染显著重塑细胞比例：巨噬细胞占比由2.86%骤降至1.48%，而T细胞由6.54%升至13.2%。病毒转录本主要分布于巨噬细胞（约占全部细胞的2%），且高度富集于SPP1^high亚群；其余上皮、内皮及免疫细胞几乎未检出病毒RNA，提示PRRSV早期靶向极窄。

图2.PRRSV感染肺中细胞簇的鉴定

3.猪繁殖与呼吸综合征病毒感染过程中巨噬细胞景观的特征

PRRSV感染后，肺脏巨噬细胞群落发生显著重塑。单细胞转录组将其细分为FN1^high、MT1A^high、CTSW^high与SPP1^high四个亚群，其中稳态下占90%的FN1^high巨噬细胞在感染后锐减，而MT1A^high与SPP1^high亚群比例显著上升。拟时序分析显示病毒驱动FN1^high向MT1A^high及SPP1^high方向异常分化。病毒RNA几乎仅富集于SPP1^high巨噬细胞，其抗病毒、抗炎及抗原呈递信号最强，提示该亚群既是病毒主要“庇护所”，也是免疫调控中枢。

图3.PRRSV感染仔猪肺中巨噬细胞应答的表征

4.PRRSV感染通过细胞凋亡导致巨噬细胞损伤

体内外实验共同证实，PRRSV通过诱导细胞凋亡而非自噬、焦亡或铁死亡造成巨噬细胞大量耗损。感染48 h内，肺泡灌洗液及肺切片中可见大量TUNEL阳性巨噬细胞；Marc-145与PAMs模型显示，病毒显著上调CASP3/7/8、PARP1剪切及LC3-II转化，Z-VAD-FMK凋亡抑制剂可挽救>60%细胞存活并降低病毒滴度，而3-MA自噬抑制剂仅抑制病毒复制却无减死效果。

图4.PRRSV感染通过细胞凋亡引起巨噬细胞死亡

5.猪繁殖与呼吸综合征病毒感染肺部细胞间通讯网络的研究

CellChat分析显示，PRRSV感染使肺内细胞间通讯强度提升1.8倍，巨噬细胞成为信号发送与接收的核心枢纽。病毒诱导巨噬细胞高表达SPP1、ICAM1、VCAM1及TNF，通过CD44、整合素和TNFRSF轴与上皮、内皮、T/B细胞、单核细胞建立异常连接；其中SPP1-CD44通路占据信息流量首位，驱动炎症与纤维化相关基因表达。同时，巨噬细胞分泌APRIL/BAFF激活B细胞TNFRSF17，却未能诱导高亲和力抗体应答。

图5.猪繁殖与呼吸综合征病毒感染仔猪肺部的细胞间通讯

6.猪繁殖与呼吸综合征病毒感染时肺单核-巨噬细胞的异常活化

单细胞轨迹与配受体互作联合揭示，PRRSV感染触发肺单核-巨噬轴异常激活。感染组单核细胞高表达CCR1/2/5及TNFRSF1A/B，却在TNF-α刺激下受体下调，提示脱敏；拟时序显示其加速向MT1A^low中间态分化，补充因凋亡耗竭的驻留巨噬细胞。病毒虽极少直接感染单核细胞，却通过巨噬细胞源性TNF、CCL2/5信号远程驱动其募集与分化，形成“应急性”但功能受损的单核细胞来源巨噬细胞（MDMs）池。

图6.PRRSV感染导致单核细胞-巨噬细胞异常活化

7.PRRSV感染肺组织中B细胞的特征

PRRSV感染显著扰乱肺B细胞发育轨迹。单细胞重聚类鉴定出naïve B、记忆B、增殖B、浆细胞及增殖浆细胞五群；感染后naïve B比例由67%降至34%，而浆细胞及增殖浆细胞分别升至28%和15%，提示病毒驱动B细胞快速终末分化。转录层面，上调基因富集于病毒防御与MHC-I通路，但下调基因集中于MHC-II、核糖体及适应性免疫，显示抗体亲和力成熟受抑。结果首次在单细胞精度揭示PRRSV诱导“短时浆细胞爆发-记忆B耗竭”模式，为解释早期高抗体滴度却缺乏保护提供细胞基础。