《Virologica Sinica》：Metatranscriptomics uncovers host immune and microbiome signatures specific to and shared between Human Metapneumovirus and Respiratory Syncytial Virus infections in children
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本研究针对儿童急性呼吸道感染中高同源性的人类偏肺病毒(hMPV)和呼吸道合胞病毒(RSV)致病机制不清的问题，研究人员对61例患儿(包括hMPV、RSV感染及健康对照组)的呼吸道样本进行了转录组测序分析。研究发现两者共同激活了以中性粒细胞活化、干扰素(IFN)和白介素介导的抗病毒通路，并抑制了纤毛组装与组织通路。hMPV感染特异地富集了胞外组分活性、离子通道复合体和神经活性配体-受体相互作用通路，并显著上调EGF、FCGR1A等基因。同时，hMPV感染显著增加了M1巨噬细胞、中性粒细胞、单核细胞和活化NK细胞的比例，并伴随着普雷沃菌(Prevotella salivae)的相对丰度增加。该研究为理解hMPV与RSV感染的病理机制提供了新的免疫与微生物视角。
在儿科急性呼吸道感染的常见病原体中，有两位“长相”相似、行为却可能大不相同的“近亲”——人类偏肺病毒(hMPV)和呼吸道同体病毒(RSV)。它们同属肺炎病毒科(Pneumoviridae)，都是单股负链RNA病毒，引起的临床症状也常常让人难以区分。然而，尽管“基因家族”相近，临床“表现”相似，科学家们对它们为何能导致不同严重程度的疾病，甚至如何“逃脱”人体免疫系统“追捕”的机制，却依然知之甚少。尤其是，这两种病毒在感染儿童时，在呼吸道这个“主战场”内，究竟引发了宿主细胞怎样的基因表达“骚乱”？又怎样改变了呼吸道内免疫细胞的“兵力分布”和共生微生物的“生态平衡”？这些问题，正是解开其致病力差异之谜的关键。为此，来自首都医科大学北京儿童医院的研究团队，在《Virologica Sinica》上发表了一项研究，利用转录组学技术，深入剖析了hMPV与RSV感染儿童呼吸道样本中的分子“密码”，揭示了两者共享却又各具特色的宿主免疫与微生物“签名”。
研究者们运用了几项关键技术来探寻答案。首先，他们收集了2017年至2019年间61名儿童的痰液样本，这些样本来自hMPV阳性患儿、RSV阳性患儿以及因非感染性疾病住院的健康儿童，确保了研究对象背景明确。其次，利用宏转录组测序技术，对样本中的全部RNA进行高通量测序。再次，通过生物信息学分析工具，对测序数据进行处理和解读，包括差异表达基因分析、基因富集分析、免疫细胞浸润分析以及微生物组学分析。最后，通过定量PCR在LLC-MK2细胞模型中对筛选出的关键基因表达进行了验证。这些方法共同构成了从临床样本到分子机制验证的完整研究链条。
研究结果
宿主基因表达谱
主坐标分析表明，hMPV、RSV感染组与健康对照组呈现了明显不同的转录特征。hMPV感染组的样本表现出更大的异质性，而RSV感染组的样本则更集中。
识别hMPV与RSV组的共享差异表达基因
与健康对照组相比，hMPV感染组和RSV感染组分别鉴定出4918个和3312个差异表达基因，其中有2138个基因是两者共有的。对这些共享基因的富集分析发现，它们主要上调了抗病毒反应通路，如中性粒细胞活化、干扰素(IFN)信号传导、以及白介素介导的信号通路。相反，纤毛组织和组装通路则在两种感染中都被下调了。
识别hMPV组特有的差异表达基因
通过比较hMPV感染组与RSV感染组，研究人员鉴定出了一系列hMPV特有的差异表达基因。对这些“hMPV特征”基因的分析发现，它们主要富集在胞外组分组织、突触膜、离子通道复合体活性、钙信号通路、细胞粘附分子以及细胞外基质(ECM)-受体相互作用等通路上。而特异性下调的基因则与细胞-基质连接、膜筏、膜微区等结构相关。
hMPV感染期间免疫相关基因和干扰素刺激基因的差异表达
对免疫相关基因和干扰素刺激基因的分析发现，与RSV感染组和健康对照组相比，hMPV感染组中EGF和FCGR1A的表达显著升高，而EPAS1的表达则显著降低。在LLC-MK2细胞中的验证实验也证实了这一点。对hMPV特异性上调的免疫基因进行富集分析，发现它们与细胞因子-细胞因子受体相互作用、PI3K/AKT信号通路等相关；而特异性下调的基因则与病毒进入宿主细胞、内吞囊泡通路相关。
hMPV和RSV感染中相似和特异的免疫细胞浸润
利用CIBERSORT算法对22种免疫细胞的浸润比例进行分析，发现hMPV和RSV感染均显著增加了M1型巨噬细胞和中性粒细胞的比例，同时降低了M0型和M2型巨噬细胞的比例。特别的是，与RSV感染相比，hMPV感染导致了单核细胞和活化自然杀伤(NK)细胞比例的显著增加，以及静息记忆CD4+T细胞比例的减少。
hMPV、RSV感染者和健康对照组的活跃微生物组多样性
微生物组多样性分析表明，hMPV感染组的微生物α多样性显著高于RSV感染组和健康对照组。在物种组成上，hMPV感染组中普雷沃菌(Prevotella salivae)的相对丰度显著增加，而RSV感染组中则富集了唾液链球菌(Streptococcus salivarius)和缓症链球菌(Streptococcus mitis)。
活跃呼吸道微生物组与宿主基因表达的相互作用
通过共生网络分析，揭示了hMPV、RSV与特定宿主基因、微生物之间的潜在关联。例如，在hMPV感染中，富集的三种微生物(P. salivae, E. faecalis, A. parvulum)被发现通过ABTB2基因与hMPV存在间接关联。而在RSV感染中，富集的S. salivarius 和 S. mitis则通过IL36G、DUSP5等宿主基因与RSV发生联系，表明病毒感染可能通过调节特定的宿主免疫通路来影响或被呼吸道微生物群所影响。
结论与讨论
综上所述，这项研究通过宏转录组学分析，系统地描绘了儿童hMPV与RSV感染的共享及特异性宿主免疫反应和呼吸道微生物组特征。研究发现，尽管两种病毒感染共享了以中性粒细胞活化、干扰素应答增强和纤毛功能受损为核心的“抗病毒防御与组织损伤”分子模式，但hMPV感染展现出了其独特的“个性”。这种“个性”主要体现在对胞外基质、离子通道和突触相关通路的大量扰动，对EGF、FCGR1A基因的特异性上调，以及对单核细胞、活化NK细胞的特定招募和对Prevotella salivae等特定微生物的偏好性富集。
研究的重要意义在于，它首次在临床儿童呼吸道样本层面，从宿主转录组、免疫细胞浸润和活跃微生物组三个维度，对hMPV和RSV进行了平行比较。这不仅加深了我们对这两种重要儿科呼吸道病毒致病机制异同的理解，更重要的是，它发现了一系列hMPV感染潜在的特异性生物标志物（如EGF、FCGR1A、Prevotella salivae）和干预靶点（如PI3K/AKT通路、离子通道复合体）。这些发现为未来开发针对hMPV感染的更精准的诊断策略、免疫调节疗法乃至基于微生物组的干预手段提供了全新的科学依据和线索。
