猪生殖与呼吸综合征病毒（PRRSV）自上世纪80年代末被发现以来，一直是全球养猪业面临的主要挑战之一。这种病毒为什么能导致猪只免疫功能失调，并增加继发感染风险？尽管体外研究已揭示部分机制，但体内病毒-宿主互动仍不完全清楚。最近，一项利用单细胞RNA测序（scRNA-seq）技术的研究提供了新视角，帮助解答这些问题。
这项研究由山东省农业科学院的研究团队完成，于2025年12月30日发表在《Journal of Virology》上。题为“Deciphering immune features and cellular heterogeneity in PRRSV infection via single-cell RNA sequencing”，研究聚焦PRRSV感染早期猪肺细胞异质性和免疫特征，使用高致病性PRRSV株SX-1感染4周龄猪仔，分析了46,922个单细胞的转录组数据，涵盖15种主要细胞类型。
PRRSV是一种包膜单链正义RNA病毒，基因组长约15kb，属于动脉病毒科。主要靶向单核-巨噬细胞系，尤其是猪肺泡巨噬细胞（PAMs）。病毒感染导致猪只生殖障碍和呼吸道疾病，高死亡率并增加继发细菌感染风险。尽管疫苗和防控策略已发展，但变异株的出现使问题复杂化。该研究通过scRNA-seq揭示了病毒如何重塑肺细胞景观，提供对PRRSV免疫抑制的深入理解。
病毒在猪体内的分布动态
研究首先建立了PRRSV感染猪仔模型。猪仔鼻腔接种病毒后，从0.5天起鼻拭子中检测到少量病毒，但直到4天才显著增加。血清中，1天后病毒出现并持续上升。组织病毒载量显示，肺部最高，其次是腹股沟淋巴结。在一头感染猪仔的小肠中也检测到活病毒，提示PRRSV可能有更广组织嗜性，尽管主要病变在肺。
肺部病理变化包括贫血、间质增厚和淋巴细胞浸润，症状为咳嗽、喘息和结膜充血。免疫荧光染色确认病毒聚集于肺泡和肺泡间隔。这些观察描绘了病毒从上呼吸道入侵、扩散至全身的路径，解释了PRRS临床上以呼吸症状为主，却能影响多器官的原因。病毒早期在血清中检测到，表明 viremia 先于明显症状发生。
肺细胞组成与病毒分布的单细胞图谱
使用scRNA-seq，研究者整合了控制组（24,222细胞）和感染组（22,700细胞）的肺细胞数据，分类为15种类型，包括肺泡上皮I型（AT I）和II型（AT II）细胞、基底细胞、纤毛细胞、棒状细胞、内皮细胞、纤维母细胞、B细胞、T细胞、巨噬细胞、肥大细胞、单核细胞、自然杀伤（NK）细胞、树突细胞和增殖细胞。
感染后，T细胞比例增加，而巨噬细胞显著减少。病毒主要分布于巨噬细胞（约占所有细胞的2%）。这些变化表明PRRSV感染重塑肺免疫格局，巨噬细胞减少可能是免疫抑制的关键。
巨噬细胞景观的重塑
巨噬细胞是PRRSV主要靶细胞。比较转录组显示，上调差异表达基因（DEGs）与病毒防御、细胞因子和凋亡相关，下调DEGs与细胞连接、抗原呈递有关。巨噬细胞分为FN1^high、MT1A^high、CTSW^high和SPP1^high亚群。控制组中FN1^high占90%，感染后MT1A^high和SPP1^high增加。
拟时序分析显示，PRRSV诱导FN1^high向MT1A^high和SPP1^high分化。病毒主要驻留于SPP1^high亚群，免疫荧光确认感染肺中SPP1富集。功能分析表明，SPP1^high负责RNA病毒识别、抗病毒响应和MHC II呈递，其他亚群更偏向促炎和抗菌。这些发现揭示PRRSV利用巨噬细胞异质性，实现异常分化和病毒驻留。
PRRSV诱导巨噬细胞凋亡
巨噬细胞减少源于PRRSV诱导的广泛凋亡。体外，感染PAMs 48小时后细胞大量死亡。基因表达显示凋亡（CASP3、CASP7、CASP8）和自噬（ATG5、ATG12、BECN1）基因上调。西方印迹和流式细胞术确认凋亡和自噬激活。
体内，感染肺中Tunel阳性细胞增多，支气管肺泡灌洗液透射电镜显示凋亡巨噬细胞。抑制剂实验：凋亡抑制剂Z-VAD-FMK恢复细胞存活，自噬抑制剂3-MA无效但降低病毒滴度。铁死亡和焦亡抑制剂早期有效，但晚期有限。这些结果证实凋亡是PRRSV导致巨噬细胞耗竭的主要机制，解释了病毒的免疫抑制效应。
细胞间通信网络的增强
PRRSV感染影响不止于巨噬细胞，还重塑整体响应。GO分析显示，除AT I外，其他细胞上调抗病毒通路（如I型干扰素、固有免疫），下调代谢相关（如核糖体、氧化还原酶）。
使用CellChat，感染组交互强度和数量增加。T细胞、巨噬细胞、增殖细胞和NK细胞作为接收者更活跃，树突细胞减弱。信号通路中，控制组富集生长相关（如ADGRA、PERIOSTIN），感染组强调炎症（如TNF）、趋化（如CCL、CXCL）、黏附（如ICAM、VCAM、SPP1）和B细胞激活（如APRIL、BAFF）。
例如，SPP1信号由巨噬细胞分泌，通过SPP1-CD44影响多细胞，促进炎症和纤维化。VCAM和ICAM信号增强细胞迁移和黏附。这些变化表明PRRSV通过加强巨噬细胞与其他细胞的通信，放大免疫响应却可能导致失控。
单核细胞的异常激活与补偿
单核细胞在感染中上调387个DEGs，与固有免疫、抗原呈递和凋亡相关，下调465个与代谢、增殖相关。拟时序显示，感染诱导更多单核细胞向巨噬细胞分化，单核来源巨噬细胞表达较低标志基因但高抗病毒基因。
CellChat分析：TNF由感染巨噬细胞分泌，针对单核细胞，促进其分化。CCL信号增强单核迁移。这些机制可能补偿巨噬细胞耗竭，但也可能助长病毒传播。
B细胞和T细胞的发育异常
B细胞分为6个亚群：B细胞、幼稚B、记忆B、增殖B、浆细胞和增殖浆细胞。感染减少幼稚B，增加浆细胞和增殖浆细胞。上调DEGs与病毒防御相关，下调与适应性免疫相关，导致B细胞发育不完全，影响持久免疫。
T细胞分为7个亚群，包括幼稚CD4^+、CD8^+、CD4^+、CD8^+、细胞毒CD8^+、耗竭CD8^+和NKT。感染激活幼稚T，增加CD4^+、CD8^+、耗竭CD8^+和NKT比例。上调DEGs与病毒感染、信号转导相关，下调与代谢相关。尽管激活模式识别受体，细胞毒基因仅部分上调（如GZMA、GZMB、GZMH），PRF1、FASLG和TNF无变化，导致CTL激活不彻底。
这些异常解释了PRRSV的免疫逃逸，促进病毒持久感染。
研究的意义
该研究提供了PRRSV感染早期肺单细胞景观，揭示病毒靶向SPP1^high巨噬细胞、诱导凋亡、重塑通信和干扰适应性免疫的机制。
展望未来防控策略
展望中，该工作为PRRSV疫苗设计提供基础，如针对特定巨噬细胞亚群或增强CTL激活的策略。结合scRNA-seq，可监测变异株影响，促进精准防控。在养猪业面临病毒威胁的时代，此类研究推动从经验防控向机制驱动转变。
原文链接：https://doi.org/10.1128/jvi.01828-25
注：文中插图源于Journal of Virology，欢迎关注交流。
本文为原创编译，仅代表对原文内容的整理与解读，原文版权归原作者及出版方所有。本文仅用于学术交流与分享，旨在促进研究与学习。如内容存在错误或涉及侵权，请通过后台私信联系我们进行更正或删除。（当前本公众号的原创文章均为对原文的整理与解读，原文版权归原作者及出版方所有）
10个月宝宝每天需要喝多少奶粉？
