SARS-CoV-2诱导的ADAR编辑模式失调在轻症COVID-19患者病毒清除后仍然持续存在

《Frontiers in Cellular and Infection Microbiology》：SARS-CoV-2-induced dysregulation in ADAR editing patterns persists post viral clearance in individuals with mild COVID-19

引言：SARS-CoV-2感染引发的先天免疫应答可激活多种干扰素刺激基因（Interferon Stimulated Genes, ISGs），包括ADAR1 p150亚型，其可编辑病毒及宿主双链RNA（double stranded RNA, dsRNA）中的腺苷（Adenosine, A）。除免疫功能外，ADAR（Adenosine Deaminase Acting on RNA）编辑也是转录组和蛋白质组多样性动态调控的机制之一。虽有证据表明感染期间ADAR编辑发生改变，但编辑靶标是否随感染进程变化尚不清楚。方法：研究人员探讨了SARS-CoV-2感染三个不同阶段ADAR表达及编辑模式的时序变化，并利用45例年龄匹配、无合并症轻症COVID-19个体全血RNA测序样本，分析感染诱发的ADAR编辑失调在病毒清除后恢复至感染前状态抑或持续存在，样本取自感染前、感染中及感染后三个阶段。结果与讨论：结果显示三个阶段ADAR表达及编辑呈动态变化。研究人员鉴定出仅在感染某一阶段被编辑的位点，定位于涉及免疫应答通路尤其是中性粒细胞脱颗粒通路基因中。结果发现感染中各受试者ADAR表达一致性升高而总体ADAR编辑水平降低；感染后ADAR表达恢复至感染前水平，但部分个体ADAR编辑仍持续失调。鉴于ADAR编辑失调可能是病毒感染与后遗症间的机制联系，部分康复者持续存在的ADAR编辑失调可能促成SARS-CoV-2感染后疾病结局异质性。

论文解读：《SARS-CoV-2诱导的ADAR编辑模式失调在轻症COVID-19患者病毒清除后仍然持续存在》

本研究发表于Frontiers in Cellular and Infection Microbiology。RNA编辑酶ADAR（Adenosine Deaminase Acting on RNA）可将腺苷（A）催化脱氨为肌苷（Inosine, I），被核糖体读取为鸟苷（G），即A-to-I编辑，是宿主转录组与蛋白质组多样性的重要调控机制，同时ADAR1 p150为干扰素刺激基因（ISG），参与抗病毒先天免疫。已有研究报道SARS-CoV-2感染可改变宿主ADAR编辑模式，但同一受试者跨感染前、中、后三阶段的ADAR表达与编辑动态变化，以及病毒清除后编辑模式是否复原尚不明晰。鉴于ADAR编辑失调与其他病毒感染后后遗症相关，明确SARS-CoV-2是否引致持续性ADAR编辑改变对理解新冠长期症状（Post-Acute Sequelae of COVID-19, PASC）潜在机制具有重要意义。本研究利用同一轻症COVID-19受试者纵向配对样本，探究ADAR表达与A-to-I编辑在感染前（pre-）、感染中（mid-）、感染后（post-）的动态特征，并判断感染诱发编辑失调是否在病毒清除后持续存在。

主要关键技术方法

研究人员使用来自COVID-19 Health Action Response for Marines（CHARM）研究（BioProject PRJNA815324）的公开全血RNA测序数据，筛选45例年龄匹配、无合并症、患轻症COVID-19且有感染前（PCR阴性基线T0）、感染中（PCR阳性T35左右）、感染后（PCR转阴T56–T105）三时点配对样本的个体。采用AIDD（Automated Isoform Diversity Detector）流程进行读段比对至GRCh37参考基因组、转录组组装与GATK单倍型调用获得变异，过滤已知SNP（single nucleotide polymorphism）及多态性位点后识别A-to-G/T-to-C置换作为候选ADAR编辑位点，并与REDIportal数据库比对确认。用Stringtie估算基因/转录本表达量（TPM，Transcripts Per Million），DESeq2做差异表达分析；以配对t检验比较各阶段ADAR家族基因及ADAR1亚型（p110、p150）表达差异；计算整体ADAR编辑水平（各样本中REDIportal收录位点编辑读段数/比对至这些位点的总读段数）；以K-means聚类（elbow法确定K=2）按感染前后整体编辑水平将受试者分组；对独特编辑位点所在基因行Reactome通路富集分析。

Expression dynamics of ADAR genes and isoforms（ADAR基因及亚型的表达动态）

通过TPM及DESeq2标准化计数行配对t检验发现：ADAR1（ADAR）表达感染中较感染前显著升高（p=1.7×10^-6，Cohen's |d|=0.824），感染后恢复至感染前水平（p=0.96）；组成型表达的ADAR1 p110（ADARp110）感染中显著升高（p=0.006），p150（ADARp150）感染中有升高趋势但未达显著性，两亚型感染后均回至感染前水平。ADAR2（ADARB1）感染中略升、感染后略降均无统计学意义；ADAR3（ADARB2）极低表达且三阶段无显著变化。说明SARS-CoV-2急性感染上调ADAR1（尤其p110），病毒清除后表达复原。

Alterations in number and genomic distribution of ADAR editing sites（ADAR编辑位点数量及基因组分布的改变）

统计各样本候选A-to-G/T-to-C编辑位点数，感染中均值略增、感染后略减，组内个体变异大但组间无统计学差异。以严格标准（覆盖深度≥100、编辑水平≥2%、至少20%样本检出）定义各阶段"一致编辑位点"，分别为感染前1022个、感染中502个、感染后484个；进而筛选出阶段独有编辑位点——感染前578个、感染中86个、感染后30个，经REDIportal确认部分为已知编辑事件。独有编辑位点在感染前主要分布于3'UTR（~41%）、内含子（~19%）、外显子（~16%）；感染中新编辑位点60%在3'UTR、15%在内含子、3%在外显子（涉及BLCAP基因非同义Q/R置换等）；感染后无非外显子独有编辑位点，3'UTR占~35%。含独有编辑位点的基因行通路富集，"中性粒细胞脱ranulation（Neutrophil degranulation）"通路在所有三阶段均富集，其他免疫与代谢通路具阶段特异性。

Changes in overall ADAR editing levels（整体ADAR编辑水平的变化）

以REDIportal收录高置信位点计算整体ADAR编辑水平，感染中较感染前显著降低（配对t检验p=0.0096），个体层面多数下降；感染后整体水平仍低于感染前但差异无统计学意义（p=0.14），个体层面呈现异质性——部分恢复、部分持续低编辑。对感染前与感染后整体编辑水平行K-means聚类分为两组：Group 1（12人）感染后编辑水平仍显著低于感染前（p=0.005），为持续失调组；Group 2（33人）感染前后无显著差异（p=0.74），为恢复正常组。Group 1高置信位点（944个）多数感染后编辑水平降低，Group 2高置信位点（235个）感染前后基本一致。

Comparing changes in overall and site-specific ADAR editing within the two groups of patients identified through K-means algorithm（K-means分组内整体与位点特异性ADAR编辑变化的比较）

如前所述，Group 1整体ADAR编辑感染后显著低于感染前，多位点特异性编辑亦降低；Group 2整体与位点特异性编辑均恢复至感染前状态，证实存在一部分轻症康复者ADAR编辑模式未完全复原。

讨论与结论翻译

讨论指出，本研究首次在同体纵向设计中揭示SARS-CoV-2感染引起ADAR表达上调伴随整体编辑水平下降，且病毒清除后ADAR表达普遍复原但约26.7%（12/45）康复者整体及多位点ADAR编辑持续失调，这种异质性可能与PASC相关。独特编辑涉及的中性粒细胞脱颗粒通路在各阶段均富集，提示ADAR编辑参与感染相关免疫转录后调控。研究局限包括全血样本无法反映组织特异性、bulk RNA-seq掩盖细胞类型差异、测序深度偏低可能低估编辑事件、缺乏PASC临床随访及性别分层分析。

结论：研究发现SARS-CoV-2感染引起ADAR1表达升高及宿主ADAR编辑模式动态改变，并在感染期出现整体编辑水平降低。病毒清除后ADAR1表达恢复至感染前水平，但部分个体ADAR编辑模式仍持续失调，提示轻症COVID-19康复者中存在异质性的分子后遗改变，这种持续性ADAR编辑失调的 mechanistic意义及其与SARS-CoV-2感染后遗症的关系有待进一步阐明。