《The Veterinary Journal》：In vivo transcriptomic profiling of colonic mucosa during
Brachyspira hyodysenteriae infection in pigs
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为解决猪痢疾(SD)致病机制不明、宿主免疫应答不清的问题，研究人员对实验感染猪痢疾短螺旋体(Brachyspira hyodysenteriae, B. hyodysenteriae)的猪结肠粘膜，在病原体粪便脱落早期(Early_inf)和急性临床发病期(Acute_inf)进行了RNA测序分析。研究揭示了急性期免疫应答（特别是IFNγ信号通路）的普遍抑制、基质金属蛋白酶(MMPs)和S100钙结合蛋白家族成员(S100A8, S100A9, S100A12)的上调，以及粘蛋白(MUC5AC, MUC20等)基因表达的显著改变，首次系统描绘了SD不同感染阶段的宿主体内转录组动态。这不仅为深入理解SD的病理生理提供了新视角，也为开发针对性的防控策略奠定了基础。
猪痢疾是一种在全球养猪业中造成严重经济损失的肠道传染病，其主要病原为猪痢疾短螺旋体。患病猪表现为典型的粘液性出血性腹泻，影响生长性能，甚至导致死亡。尽管该病已知已久，但对于其发病过程中，猪的肠道——特别是结肠粘膜——究竟如何应对病原体的入侵，其内在的分子机制仍有许多未解之谜。传统的抗生素治疗面临耐药性挑战，且欧盟严格的抗菌药物限制政策更凸显了探明宿主自身防御机制、寻找新型防控靶点的迫切性。以往的研究多聚焦于病原体的毒力因子，而关于宿主在感染不同阶段的全局性反应，尤其是在活体状态下的基因表达全景，尚缺乏系统深入的了解。这就像一场我们已知双方选手、却对其攻防策略细节知之甚少的“战争”，阻碍了我们制定更精准的“防御”或“干预”方案。
为了填补这一知识空白，来自西班牙莱昂大学的研究团队在《The Veterinary Journal》发表了一项开创性研究。他们利用RNA测序技术，首次在活体水平上描绘了猪在感染猪痢疾短螺旋体后，结肠粘膜在疾病早期（首次粪便排菌后24小时）和急性临床期（出现持续粘液出血性腹泻）的转录组变化图谱。这项研究如同一台高精度的“分子摄像机”，实时记录了感染过程中宿主成千上万个基因的“活动状态”，旨在揭示宿主与病原体互作的关键环节和疾病发展的内在驱动因素。
研究人员开展此项研究主要运用了几个关键技术方法：首先，他们建立了猪痢疾短螺旋体B-204株的实验感染模型，将32头7周龄仔猪分为感染组和对照组。其次，在设定的两个关键时间点（早期感染和急性感染）采集猪结肠顶端粘膜样本。接着，对所有样本进行高质量的RNA提取，并使用Illumina HiSeq2500平台进行链特异性mRNA测序(RNA-seq)。然后，利用生物信息学流程（包括HISAT2进行序列比对，DESeq2和edgeR进行差异表达基因分析）处理海量测序数据。此外，研究还运用了细胞类型富集分析(XCell工具)和功能富集分析（GO、KEGG、Reactome数据库）来解读数据背后的生物学意义。最后，通过RT-qPCR对部分关键差异表达基因的结果进行了验证，确保了转录组数据的可靠性。
mRNA-seq数据获得
研究成功获得了早期感染组、急性感染组和对照组猪结肠粘膜的高质量转录组数据，平均测序深度达1.5 Gb，为后续分析奠定了坚实基础。
猪痢疾感染过程中观察到的差异表达基因谱
通过差异表达分析，研究人员发现，与对照组相比，急性感染组存在大量差异表达基因（约500个），而早期感染组的变化微乎其微。这表明宿主的转录组发生剧烈重编程主要发生在出现临床症状的急性期。主成分分析也清晰地显示，急性感染组样本与其他两组明显分开，证实了其独特的基因表达状态。
功能富集分析
对急性感染组差异基因的功能分析揭示了一个令人惊讶的现象：大多数发生改变的宿主生物学过程是下调的，尤其是与免疫反应相关的通路，如细胞因子信号传导、免疫细胞趋化和迁移等。这意味着在疾病急性期，结肠粘膜的局部免疫应答可能处于一种被抑制的状态。
与转录组相关的细胞亚群
基于基因表达数据预测细胞类型组成的结果，与上述发现相互印证。分析显示，在急性感染组，除中性粒细胞和未成熟树突状细胞外，其他多种免疫细胞（如CD4+ T细胞、CD8+ T细胞、自然杀伤细胞等）的转录本信号均减少；相反，内皮细胞、成纤维细胞等基质细胞的信号则增强。这提示感染导致了粘膜免疫细胞的“耗竭”和基质细胞的“富集”。
免疫标志物分析
研究人员重点关注了67个与结肠炎、炎症和早期免疫反应相关的标志物基因。结果发现，在急性感染组，S100钙结合蛋白家族基因(S100A8, S100A9, S100A12)和几种基质金属蛋白酶基因(MMP1, MMP3, MMP12)表达显著上调；而一些关键的趋化因子(CXCL9, CXCL10, CXCL11等)和信号分子(STAT1)则被下调。这进一步证实了强烈的中性粒细胞相关炎症（S100蛋白标志）与特定免疫通路抑制并存的复杂局面。
粘蛋白生成相关基因的表达
粘液分泌紊乱是猪痢疾的典型特征。基因表达分析显示，在急性感染期，凝胶形成型粘蛋白基因MUC5AC、MUC20以及糖基转移酶基因GCNT3显著高表达，MUC2也有上调趋势；而膜结合型粘蛋白基因MUC1和MUC13则表达下调。这揭示了疾病状态下粘液屏障组成发生了深刻的重塑。
综合以上结果，本研究得出结论并进行了深入讨论。研究发现，即使在感染早期尚未出现临床症状时，基质金属蛋白酶(MMPs)的基因就已开始上调，这可能与早期结肠上皮溃疡的形成有关。到了急性临床期，最显著的特征是S100蛋白家族基因的强烈诱导表达，这与粘膜中中性粒细胞的大量浸润相符。然而，与此炎症表象相反的是，宿主的免疫防御功能在转录组层面呈现出广泛的抑制状态，特别是干扰素γ(IFNγ)信号通路被明显削弱（表现为STAT1、IRF1等基因下调），导致了一系列下游免疫效应基因的表达受抑。
这种免疫抑制可能是猪痢疾短螺旋体的一种免疫逃逸策略，有助于其在宿主肠道内持续定植和造成损伤。同时，IFNγ信号通路的下调可能解除了其对MMPs表达的抑制作用，从而加剧了MMPs（如MMP1, MMP3）介导的组织损伤和溃疡形成。在粘液屏障方面，研究提出的机制是，高表达的S100蛋白可能通过螯合钙离子等方式，与SPDEF转录因子通路共同作用，刺激了MUC5AC等凝胶型粘蛋白的过量产生，而膜型粘蛋白(MUC1, MUC13)的保护功能则被削弱，最终导致粘液特性改变、屏障功能受损。
总之，这项研究首次系统揭示了猪痢疾过程中结肠粘膜的体内转录组动态演变，提出了病原体可能通过抑制宿主IFNγ信号通路来逃逸免疫清除、并通过上调MMPs加剧组织损伤的双重致病机制，同时阐明了粘液屏障重塑的分子基础。这些发现将宿主反应置于猪痢疾发病机制的中心位置，为未来开发针对宿主通路（如调节免疫平衡或保护粘膜屏障）的新型干预措施提供了重要的理论依据和潜在的分子靶点，对于推动猪痢疾的非抗生素防控策略研究具有重要的科学意义。
