肠道病毒71型感染相关的免疫分子转录组学研究

Enterovirus 71 (EV71) is a major pathogen that causes hand-foot-mouth disease (HFMD), associating with severe pathological changes in central nervous system (CNS) and causing neurogenic pulmonary edem in fatal case of infant. Our previous studies have demonstrated that the complete process of pathogenesis caused by viral infection can be observed in rhesus monkeys most like the clinical symptoms in human. In this proposal, we intend to explore the atlas of immune transcriptome in the neonatal rhesus monkey model infected by EV71, sequentially demonstrate the interaction between viral infection and immune response. Clued by the transcription profiles of immune molecule via GeneChip microarray experiments, a network including cross-talk between immune regulation and viral infection will be hopefully drafted, and further analysis on immune pathogenesis and molecular mechanisms associated with EV71 infection could be intercepted preliminarily.

手足口病重要病原体之一的肠道病毒71型，能够引起中枢神经系统损伤，进而导致心肺系统功能衰竭，对婴幼儿群体构成了巨大的威胁。我们的前期研究工作发现，恒河猴在EV71的感染过程中，能够表现出与人类相似的临床症状和病理损伤。本课题拟在EV71恒河猴婴猴感染模型的基础上，从感染和免疫的相关分子转录表达方面的工作入手，探讨机体免疫细胞与病毒在感染过程中的相互作用，以及这一相互作用关系对免疫系统调节功能的影响，并探索这种影响与机体感染病理损伤的关系。以期在恒河猴婴猴模型上系统全面地了解的EV71感染相关的机体免疫分子转录组网络的形成，以明确这一病毒与免疫系统相互作用所导致的感染病理过程的特征；进一步探讨免疫系统功能的改变与感染病理损伤的分子机理。

项目构建了肠道病毒EV71和CA16感染恒河猴婴猴动物模型，获得了感染后不同时间点呼吸系统、消化系统、血液循环系统、淋巴系统和神经系统各组织器官的病原学和病理学感染指标。感染可引发猴体呼吸系统肺炎、肺水肿以及神经系统脑炎和脊髓炎，表现出与人类重症感染相似临床症状和病理损伤。.利用恒河猴全基因组表达芯片和高通量测序技术，研究获得了EV71和CA16病毒感染猴体后猴外周血单核细胞、人支气管上皮细胞和人脐静脉内皮细胞的转录组学（mRNA, miRNA）研究一手资料，构建了EV71和CA16感染mRNA和miRNA差异表达谱。针对猴外周血单核细胞的转录组学分析，揭示了超过500个涉及细胞不同结构和功能的基因mRNA在感染和非感染组中存在显著表达差异，106个已知的miRNA和13个新发现的miRNA在正常猴和感染猴PBMC中表达差异显著，这些差异表达的mRNA和miRNA涉及到DNA复制、基因转录和蛋白表达、信号转导、免疫调节、细胞代谢等细胞生物学进程。针对感染人支气管上皮细胞miRNA转录组分析，揭示了154个已知miRNA和47个新发现miRNA在感染后支气管上皮细胞中表达差异显著。其中，有58个已知的和7个新发现的miRNA在EV71和CA16感染中呈现相反的表达趋势，涉及抗病毒免疫反应相关启动子转录、NF-κB、TRIF受体等123条信号通路。EV71与CA16感染诱导支气管上皮细胞IFN-I通路基因表达并不相同，EV71感染后TLR3/7、RIG-I、MDA5、MAVS、MyD88、IRF3/7、IFN-α/β的基因表达均显著上调，而在CA16感染后仅MDA5显著上调，TLR3和IRF3基因显著下降。病毒增殖数据表明，CA16病毒在呼吸道上皮细胞上的复制效率明显高于EV71。综合上述结果提示CA16更容易感染人呼吸道上皮细胞与影响IFN-I通路的潜在关系。针对感染人脐静脉内皮细胞miRNA转录组的分析，揭示30个miRNA在EV71和CA16的不同感染条件下呈现截然相反的表达趋势，8个差异表达的miRNA和6个靶蛋白分子发现与细胞吸附有关，涉及血脑屏障结构改变。此外，EV71和CA16感染肠道上皮细胞并在细胞中复制引起肠上皮细胞损伤，其中肠上皮连接分子Nectin1、Claudin4、Claudin5、ZO-1和E-Cadherin的排布被破坏，且表达量显著降低。