学习蝙蝠抗病毒机制，或许有一天人类也可以百毒不侵？

#头条创作挑战赛#

已发现的蝙蝠有1400多种，是地球上第二大多样化的哺乳动物群体。它们生活在除南极洲以外的每个大陆上，身上携带着许多不同种类的病毒，研究显示一只蝙蝠可带有接近100种病毒，当中超过60种为人畜共通传染病，可直接或间接传人。蝙蝠身上携带着如此多的致病病毒，却没有出现任何不良症状，蝙蝠是怎么做到的呢？如果能够了解蝙蝠的免疫系统是如何保护它们免受病毒感染带来的伤害，我们可能会找到帮助人类更好地对抗病毒感染的线索。

杜克-新加坡国立大学医学院新发突发传染病研究所所长王林发教授带领的团队使用马六甲病毒（PRV3M，一种双链RNA病毒）感染蝙蝠，发现病毒能够在蝙蝠肺部复制而不造成蝙蝠出现症状，于是他们利用单细胞转录组测序(scRNA-seq)检测分析了蝙蝠肺部在感染马六甲病毒后的免疫反应，发现在蝙蝠肺部的免疫细胞存在非常独特的应答，为我们解析蝙蝠的抗病毒能力提供了可喜的线索，研究结果发表在著名免疫学期刊《免疫》杂志上。

研究的主要发现有：

1.白细胞是抵抗微生物入侵的第二道防线，是免疫系统的重要组成部分。其中，中性粒细胞具有很强趋化作用和吞噬功能，在抵抗细菌感染、保护机体方面发挥着十分重要的作用。然而，人们对中性粒细胞在病毒感染中的作用却知之甚少。本研究发现病毒感染后，蝙蝠肺部中性粒细胞中会表达高水平的IDO1，而既往研究发现吲哚胺2,3-双加氧酶1(IDO1)的异常高表达与肿瘤免疫逃逸密切相关，是肿瘤免疫治疗的重要靶标。因此，科学家们认为，蝙蝠肺部中性粒细胞中IDO1的表达可能在限制病毒感染后的炎症发挥重要作用。

2.病毒感染后，蝙蝠肺部单核细胞和肺泡巨噬细胞的转录组发生了广泛的变化，且变化的基因富集在抗病毒相关的功能通路上，说明单核细胞和肺泡巨噬细胞在蝙蝠对抗病毒的过程中发挥了重要作用。

3.自然杀伤细胞（NK）是机体重要的免疫细胞，是先天免疫中抗病毒反应的重要组成部分，并与病毒感染的细胞存活相关。蝙蝠的NK细胞展现出跟其他哺乳类动物差异较大的免疫应答，即NK细胞在病毒感染后被广泛激活，并产生抗原呈递趋化因子，激活机体的抗感染活力。

病毒可以在蝙蝠体内复制却不引起症状

通过鼻内感染让4只洞穴花蜜蝙蝠感染马六甲病毒，研究人员在蝙蝠的口腔和直肠中都能检测到病毒排出，并且4/4只蝙蝠的口腔和3/4只蝙蝠的直肠排出的病毒量在1 dpi（感染后1天）和3 dpi之间呈上升趋势，说明病毒能够在蝙蝠体内复制。两种检测途径都发现4只蝙蝠的病毒排出高峰发生在3 ~ 5 dpi，然而在整个病毒感染过程中，科学家都没有发现蝙蝠出现不良症状，如嗜睡、活动受限和流涕均未出现。

使用另外一批蝙蝠造模，然后在2dpi和4dpi分别处死部分蝙蝠，尸检发现病毒RNA最常见于蝙蝠的肺、小肠和大肠，并且4dpi的肺组织病毒含量高于2dpi，4 dpi时肺组织的免疫组织化学(IHC)染色也发现了病毒抗原染色阳性的小肺细胞灶，说明病毒能够在蝙蝠的肺部复制，这引起了科学家的兴趣，众所周知蝙蝠携带着多种冠状病毒，而包括目前仍在流行的SARS-Cov-2在内的多种冠状病毒都能侵入人体的呼吸系统，引起肺炎等症状，蝙蝠是如何做到抵抗病毒感染出现肺炎的？科学家想到近些年来蓬勃发展的单细胞测序技术或许能解答这个问题。

蝙蝠和人类肺部的免疫细胞同源性高

通过单细胞测序对未感染蝙蝠和病毒感染蝙蝠的肺组织进行单细胞水平的转录组测序，然后通过典型的Marker基因为蝙蝠肺部细胞进行注释，如CD247 、GIMAP7、TCRAVL 和TCRBVL 标记NK细胞，CD79B、MS4A1和FCMR标记B细胞，MRC1、CD163和MARCO标记肺泡巨噬细胞。通过结合先前报道的人肺部单细胞测序数据，利用SingleR算法对蝙蝠scRNA-seq转录组进行了人肺免疫细胞注释，并利用Seurat上的AddModuleScore函数对蝙蝠与人肺免疫细胞的转录相似性进行了评分，发现蝙蝠的髓系和淋巴系细胞类型分别映射到了人类的髓系和淋巴系细胞类型，而在Seurat评分中，经典单核细胞、巨噬细胞、pDC（浆细胞样树突状细胞）和B细胞在人和蝙蝠之间同源得分高，表明人类和蝙蝠之间这些免疫亚群的转录基因标签高度保守。

IDO1介导的犬尿氨酸-AHR轴是潜在的抗病毒途径

科学家发现蝙蝠中性粒细胞内高表达IDO1，它们在蝙蝠中性粒细胞中特异性表达，先前有研究证实这种酶在介导免疫耐受中发挥作用，在人类，IDO1表达于抗原提呈细胞的亚群，并受组织微环境和免疫激活状态的调节，不过先前没有任何研究探究过IDO1在中性粒细胞中的作用。进一步分析蝙蝠中性粒细胞簇内最显著的一批差异表达基因，确定了与色氨酸降解相关的另外两个基因ALAS1和SLC16A10，而在来自人类、小鼠或猪肺组织的中性粒细胞中都未观察到这两种基因的表达。

ALAS1(氨基酮戊酸合成酶)是一种核编码的线粒体酶，在哺乳动物血红素生物合成途径中负责第一步和限速步骤。SLC16A10是一种膜转运蛋白，负责芳香族氨基酸如色氨酸的转运。这两个基因加上IDO1都参与了色氨酸-犬尿氨酸代谢途径（TRP-KYN），而犬尿氨酸及其代谢物可作为芳香烃受体(AHR)的有效激动剂，实现对基因表达的调控。因此，IDO1可以通过犬尿氨酸-AHR轴实现对基因的调控。这些发现提示IDO1介导的色氨酸降解产生犬尿氨酸是有效的免疫调节剂，犬尿氨酸-AHR轴在调节炎症(如限制蝙蝠的过度炎症)中的作用值得进一步研究。

巨噬细胞和经典单核细胞在蝙蝠的免疫防御中发挥关键作用

在感染期间，髓系细胞亚群驱动抗病毒信号传导，于是接下来作者又检查了蝙蝠体内病毒感染后肺免疫细胞组合物的变化，在确定的14种免疫细胞类型中，COL +髓系细胞的比例增幅最大，感染后增加了约300%，并且尽管总体免疫细胞组成的变化相对有限，但在每种免疫细胞类型中均产生了广泛的转录应答，特别是从髓系细胞亚群中观察到抗病毒基因标签。富集分析显示对“I型干扰素的细胞反应”、“对干扰素γ的反应”和“对病毒的反应”的基因显著富集，包括MX1、MX2、IFIT2、IFIT3和IRF7在内的典型干扰素刺激基因在不同细胞类型中显示出基因特异性的诱导模式，但它们主要在髓系细胞中诱导，尤其是从巨噬细胞和经典型单核细胞诱导。因此，尽管体内感染后没有显著的病理或症状变化，但我们表明，蝙蝠肺免疫细胞类型产生了强大的转录反应，其中巨噬细胞和经典单核细胞在蝙蝠对病毒感染的固有免疫防御中发挥了关键作用。

T细胞和NK细胞被广泛激活以应对感染

作者检测了蝙蝠NK & T细胞簇感染后的转录反应。与T细胞活化相关的基因，包括IER2、核受体NR4A1、赖氨酸去甲基化酶KDM68 ，在感染后的NK和T细胞簇中表达增加。作者还观察到感染时效应细胞功能改变的证据，在蝙蝠NK & T细胞簇中，尤其是在CD8+效应性NK & T细胞群中，细胞毒性颗粒蛋白NKG7的表达水平在感染前后表现出非常显著的变化。在人类中，NKG7在NK细胞和一些CD8 + T细胞上高度表达，并且在IL-2刺激下表达进一步增加。同时，作者观察到表达XCL1的NK & T细胞的扩增。在人类中，由活化的CD8 + T细胞和NK细胞产生的XCL1是一种有效的抗原呈递趋化因子，因此在病毒感染的适应性免疫应答中发挥重要作用。这些发现为我们靶向激活机体免疫提供了宝贵的信息。

总结与展望

科学家利用蝙蝠病毒感染模型和单细胞测序，探究了为什么蝙蝠可以在病毒复制的情况下不发生机体功能失调，我们发现蝙蝠的免疫系统高效精准地发挥着抗病毒的作用，既足以抵抗病毒的危害，也不会引起过度的免疫反应导致炎症风暴，犬尿氨酸-AHR轴以及NKG7和XCL1这些靶点的发现也为日后进一步的研究提供了宝贵的线索。