猪繁殖与呼吸综合征病毒感染中胎盘基因表达变化对胎儿死亡的影响

《BMC Genomics》：Altered structural and transporter-related gene expression patterns in the placenta play a role in fetal demise during Porcine reproductive and respiratory syndrome virus infection

为探究猪繁殖与呼吸综合征病毒（PRRSV）感染胎儿的机制，研究人员分析胎盘基因表达，发现其变化与胎儿死亡相关。

　　猪繁殖与呼吸综合征（Porcine reproductive and respiratory syndrome，PRRS）是一种让养猪业头疼不已的病毒性疾病。它像一个 “破坏分子”，不仅会导致怀孕母猪繁殖失败，还会让生长中的猪患上呼吸道疾病，给养猪产业带来巨大的经济损失，仅在美国，每年损失就高达 6.64 亿美元。猪繁殖与呼吸综合征病毒（PRRSV）极具传染性，还特别容易变异，在病理上表现多样，且能长期存在。虽然目前接种疫苗和加强生物安全措施能在一定程度上减少损失，但在怀孕母猪这一块，仍有很多问题亟待解决，比如需要深入了解宿主与病原体之间的相互作用，利用有利的遗传学知识来改善养殖结果。

PRRSV 在母猪妊娠后期（最后三分之一阶段）最容易感染胎儿，这可能引发胎儿死亡、早产、死产以及出生后发育不良等问题。一旦胎儿被感染，病毒几乎能在胎儿的所有淋巴组织和实质组织中找到，比如血液、淋巴结和胸腺。之前有研究发现，PRRSV 在母猪感染后 2 天内就能传播到胎儿胎盘，8 天就能在胎儿胸腺中检测到，到 12 天的时候，73% 的胎儿血清中都能检测到病毒。而且，胎儿感染 PRRSV 后的情况差异很大，有的胎儿病毒载量（Viral load，VL）高，有的低，有的还会出现胎粪染色（meconium staining，MEC），但胎儿死亡的具体原因一直存在争议，不清楚到底是病毒在胎儿体内的作用、母胎界面（Maternal fetal interface，MFI，包括母体子宫内膜和胎儿胎盘）的影响，还是两者共同作用的结果。

同时，猪胎盘属于非侵入性上皮绒毛膜胎盘，其绒毛分布广泛，胎儿和母体组织的连接也不紧密。胎盘承担着为胎儿提供营养、保护胎儿免受母体免疫系统攻击等重要任务，但 PRRSV 如何通过胎盘传播，目前还没有完全搞清楚。此前研究发现，PRRSV 能在猪胎儿胎盘和母体子宫内膜中检测到，还会导致感染细胞和周围细胞凋亡，但这种凋亡在病毒传播中到底起什么作用还不确定。而且，虽然知道胎儿感染和母胎界面的某些巨噬细胞有关，但 PRRSV 跨胎盘感染的机制以及胎盘在胎儿感染后的耐受性方面的作用，仍有许多关键问题没有答案。

为了深入了解这些问题，美国农业部农业研究服务局（ARS）、普渡大学、萨斯喀彻温大学等机构的研究人员开展了一项研究。他们的研究成果发表在《BMC Genomics》杂志上，这一研究对于防控 PRRS 具有重要意义，有望为改善养猪业现状提供新的思路和方法。

研究人员采用了多种关键技术方法。首先，他们从商业公司购买了怀孕的纯种兰德瑞斯母猪，在母猪妊娠 84（±0.4）天时，将其随机分为感染组和对照组，感染组母猪接种 1x10⁵ TCID₅₀的 PRRSV（NVSL97 - 7895），对照组则接种 MEM。12 天后，对母猪实施安乐死，获取胎盘组织。然后，研究人员利用 RNeasy mini kit 提取胎盘组织 RNA，并通过 Agilent 2200 TapeStation 检测其质量和数量。接着，使用 NanoString nCounter array 技术，检测 10 个管家基因和 89 个测试基因的表达情况。最后，运用 Limma 软件包中的线性模型计算差异表达基因（Differentially expressed genes，DEG）。

研究结果如下：

• 胎儿表型特征和分组：研究人员根据胎儿的病毒载量和保存状态，将胎儿分为 6 组，分别是对照组（CTRL）、存活且低病毒载量胎儿组（VIA_LVF）、存活且高病毒载量胎儿组（VIA_HVF）、轻度胎粪染色且低病毒载量胎儿组（MECm_LVF）、轻度胎粪染色且高病毒载量胎儿组（MECm_HVF）和重度胎粪染色且高病毒载量胎儿组（MECs_HVF）。对比发现，高病毒载量胎儿组（HVF）的胎盘、血清和胸腺中的病毒载量显著高于低病毒载量胎儿组（LVF）；VIA_HVF 组的胎儿体重明显高于 VIA_LVF 组；VIA_LVF 组的脑肝比显著高于 MECs_HVF 组。
• 差异表达基因：与对照组相比，VIA_LVF 组有 1 个差异表达基因，VIA_HVF 组有 7 个，MECm_LVF 组没有，MECm_HVF 组有 29 个，MECs_HVF 组有 39 个。在高度感染的胎儿组（VIA_HVF、MECm_HVF 和 MECs_HVF）中，发现了 3 个核心差异表达基因，分别是 HPSE、KDR 和 SLC16A10，且均为下调。
• 胎儿样本聚类分析：通过主成分分析（Principal component analysis，PCA）发现，主成分 1（PC1）解释了 57.5% 的方差，PC1 上低病毒载量和存活胎儿的基因表达呈正相关，高病毒载量和胎粪染色胎儿的基因表达呈负相关。主成分 2（PC2）解释了 27.9% 的方差，VIA_LVF 组在 PC2 上的负载值最负，MECm_HVF 组最正。
• 基因分组富集分析：研究人员预先选择了与结构和转运相关的 6 个基因分组进行研究，发现转运体基因分组的富集度最高，达到 88%。在不同胎儿组中，各基因分组的基因表达呈现不同变化趋势，如转运体基因中，多数在高感染胎儿组中下调；结构基因中，肌动蛋白细胞骨架信号通路、整合素信号通路和细胞间连接相关基因表达均有改变；花生四烯酸和 VEGF 信号通路相关基因也存在不同程度的上调或下调。

研究结论和讨论部分指出，该研究有几个重要发现：一是胎儿 PRRSV 感染水平（高病毒载量）而非胎儿死亡本身（胎粪染色）是改变胎盘基因表达的必要条件；二是胎儿 PRRSV 感染会显著降低多种溶质载体蛋白（SLC）转运体基因的表达，影响营养物质运输，这可能是导致胎儿死亡的机制之一；三是胎盘结构基因表达受到中度影响，如 ARHGF6、FN1 和 CDH11 下调，ARHGEF7、ITGB6 和 CDH3 上调，可能改变胎盘结构，影响胎儿感染和生存；四是花生四烯酸和 VEGF 信号通路相关基因表达也受到中度干扰，在高感染胎儿中，花生四烯酸信号通路似乎下调，VEGF 信号通路中多数基因下调，抑制了血管生成，可能导致胎儿死亡。

总的来说，这项研究为深入理解 PRRSV 感染胎儿的机制提供了重要依据，有助于后续通过育种或开发治疗方法来改善宿主对 PRRSV 的反应，从而减少 PRRS 给养猪业带来的损失。