牛组织中宿主对牛支原体和牛病毒性腹泻病毒共感染的转录组反应：揭示疾病机制与潜在治疗靶点

《BMC Genomics》：Host transcriptome response to Mycoplasma bovis and bovine viral diarrhea virus in bovine tissues

为解决牛呼吸道疾病（BRD）因多种病原体感染且宿主免疫反应不明导致的诊断和治疗难题，研究人员开展了牛支原体（M. bovis）和牛病毒性腹泻病毒（BVDV）共感染的宿主转录组研究。结果发现共感染影响组织特异性免疫反应，这些发现有助于理解 BRD 发病机制，为开发治疗靶点提供依据。

　　牛呼吸道疾病（Bovine Respiratory Disease，BRD）是肉牛产业中导致牛死亡和发病的重要原因，给美国牛肉产业造成巨大经济损失。BRD 由多种细菌和病毒病原体引起，其发病机制复杂，且目前对宿主感染后的免疫反应了解有限，使得诊断和治疗面临挑战。此前研究虽发现病毒和细菌病原体共感染存在协同作用，但针对牛支原体（Mycoplasma bovis）和牛病毒性腹泻病毒（Bovine Viral Diarrhea Virus，BVDV）共感染时宿主组织转录调控的研究尚属空白。

为填补这一知识空白，美国农业部国家动物疾病中心（National Animal Disease Center, USDA）的研究人员开展了相关研究。他们以荷斯坦雄性犊牛为研究对象，将其分为对照组（Control，n=2）、牛支原体感染组（MB，n=3）和牛支原体与 BVDV 共感染组（Dual，n=3）。通过对犊牛的全血细胞（WBC）、肝脏、肠系膜淋巴结（MLN）、气管支气管淋巴结（TBLN）、脾脏和胸腺进行 RNA 测序，分析不同感染状态下宿主的转录组变化。研究结果发表在《BMC Genomics》杂志上。

研究人员在研究中主要运用了以下关键技术方法：首先，对实验动物进行分组感染并在特定时间点采集样本；然后，从样本中提取 RNA 并评估其浓度和完整性；接着，制备 RNA 文库并进行测序；最后，对测序数据进行处理、映射以及差异表达和富集分析 ，还运用了加权基因共表达网络分析（WGCNA）来评估基因表达与感染状态的相关性。

研究结果如下：

• 转录组测序：对各组织样本进行 RNA 测序后发现，平均每个样本有 30,598,153 条原始读数和 29,565,873 条 clean reads，clean reads 与牛参考基因组的平均比对率因组织而异。主成分分析（PCA）显示，样本聚类主要依据组织类型，而非实验处理组，但胸腺和脾脏的 Dual 组与 Control 和 MB 组相比，基因表达有明显差异。
• 差异表达基因：不同组织在不同感染组对比中的差异表达基因（DEGs）数量不同，与 Dual 组对比时的 DEGs 数量最多。在脾脏中，参与维持细胞外基质（ECM）的基因如 COL15A₁、COL4A₂和 HSPG₂在 Dual 组显著下调；在胸腺中，补体 3（C3）在 Dual 组显著上调 。此外，干扰素刺激基因如 IFI6、IFITM₁和 IFITM₃在 Dual 组的脾脏和胸腺中显著上调。
• 通路富集分析：对不同组织的 DEGs 进行通路富集分析，发现 MLN 和肝脏中脂肪酸合成相关基因在 Dual 组下调，肝脏中氨基酸代谢相关基因在 Dual 组上调，TBLN 中 DEGs 与病毒和寄生虫感染通路相关，WBC 中某些基因的变化与自身免疫性疾病相关。在胸腺和脾脏中，DEGs 富集的通路最多，如胸腺中与金黄色葡萄球菌感染、细胞周期等相关，脾脏中与蛋白质消化吸收、ECM - 受体相互作用等相关。
• 共表达基因分析：通过 WGCNA 分析发现，在淋巴组织中，Module III 的 64 个共表达基因与感染状态显著相关，这些基因与免疫反应和干扰素信号通路相关。

研究结论和讨论部分表明，该研究揭示了宿主对 M. bovis 和 BVDV 共感染的组织特异性反应。脾脏中 ECM - 受体相互作用的失调可能是病毒逃避宿主免疫反应的免疫抑制机制，而胸腺中补体途径的异常激活可能导致胸腺萎缩。研究中发现的 DEGs 为深入了解 BRD 致死机制提供了新视角，有助于开发相关生物标志物和治疗靶点。不过，该研究的治疗组样本量较小（n=2 - 3），未来需要更多生物重复来研究宿主反应导致的基因表达微小变化 。总之，这项研究为牛呼吸道疾病的研究和治疗提供了重要的理论基础和潜在方向。