豬流行性腹瀉（Porcine Epidemic Diarrhea, PED）是由豬流行性腹瀉病毒（Porcine Epidemic Diarrhea Virus, PEDV）引起的一種急性、高度傳染性的腸道疾病，對所有年齡段的豬只都有影響，尤其是對哺乳仔豬的致死率極高。自2010年以來，PEDV的高度變異株的出現(xiàn)嚴重阻礙了疫苗的有效性，導致仔豬的發(fā)病率和致死率并未因疫苗使用而降低。因此，尋找新的抗PEDV策略對于養(yǎng)豬業(yè)的持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。

1. cGAS 在 FMDV 感染過程中降解 SCFA 促進 PEDV CV777 在 IPEC-J2 細胞中的復制

圖1.SCFA 促進了 IPEC-J2 細胞中 PEDV 的復制

2.丁酸對IPEC-J2細胞轉(zhuǎn)錄的影響大于PEDV CV777株感染

丁酸預處理顯著改變了宿主細胞的轉(zhuǎn)錄譜，與PEDV感染相比，丁酸處理后的基因表達變化更為顯著。主成分分析（PCA）結(jié)果顯示，不同處理組之間存在明顯差異，熱圖分析也揭示了丁酸處理后大多數(shù)基因表達上調(diào)的趨勢。這表明丁酸可能通過影響宿主細胞的轉(zhuǎn)錄調(diào)控，對PEDV感染產(chǎn)生抑制作用。此外，丁酸處理后的基因表達變化與PEDV感染后的基因表達變化存在差異，這可能與丁酸對宿主細胞信號通路的調(diào)節(jié)作用有關(guān)。

圖2.丁酸鹽引起的IPEC-J2細胞的總體轉(zhuǎn)錄改變

3.PEDV CV777 株感染后 IPEC-J2 細胞中的基因轉(zhuǎn)錄改變

通過比較感染組與對照組之間的差異表達基因（DEGs），研究發(fā)現(xiàn)感染后共有270個基因上調(diào)和120個基因下調(diào)。聚類分析揭示了這些DEGs在丁酸處理組中的不同表達模式。進一步的富集分析顯示，上調(diào)的DEGs主要富集在PI3K-AKT和Rap信號通路等，而下調(diào)的DEGs則主要與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的蛋白質(zhì)處理和朊病相關(guān)的信號通路有關(guān)。這些結(jié)果表明，PEDV感染可能通過影響宿主細胞的關(guān)鍵信號通路來調(diào)節(jié)基因表達，進而影響細胞對病毒感染的反應。

圖3.PEDV 后在 IPEC-J2 細胞中觀察到的基因轉(zhuǎn)錄變化

4.丁酸處理對IPEC-J2細胞基因轉(zhuǎn)錄的影響

通過分析丁酸處理與對照組之間的差異表達基因（DEGs），研究發(fā)現(xiàn)丁酸處理后共有1,643個基因上調(diào)，而278個基因下調(diào)。聚類分析顯示這些DEGs主要受到丁酸處理的影響。富集分析進一步揭示，上調(diào)的DEGs主要富集在神經(jīng)活性配體-受體相互作用和鈣信號通路等信號通路中，而下調(diào)的DEGs則主要涉及細胞因子-細胞因子受體相互作用、JAK-STAT信號通路、RIG-I樣受體信號通路等。

圖4.丁酸處理對IPEC-J2細胞基因轉(zhuǎn)錄的影響

5.PI3K-AKT信號通路是丁酸處理抑制PEDV CV777株感染的重要潛在調(diào)控通路

通過對丁酸預處理和PEDV感染的IPEC-J2細胞進行基因表達分析，發(fā)現(xiàn)1,393個基因上調(diào)和255個基因下調(diào)。這些差異表達基因（DEGs）的富集分析顯示，它們主要富集在神經(jīng)活性配體-受體相互作用、鈣信號通路、cAMP信號通路等途徑中。特別是，重疊分析揭示了37個基因在丁酸處理和PEDV感染中均有表達變化，并且這些基因主要富集在PI3K-AKT信號通路中。這一發(fā)現(xiàn)表明，丁酸可能通過調(diào)節(jié)PI3K-AKT信號通路來抑制PEDV的復制，這一途徑在PEDV感染后的宿主細胞中也被發(fā)現(xiàn)上調(diào)。此外，PI3K-AKT信號通路可能通過增強緊密連接蛋白的豐度來抵抗PEDV感染，這可能涉及AKT/mTOR介導的蛋白質(zhì)合成激活。

圖5.丁酸鹽處理對基因轉(zhuǎn)錄抑制IPEC-J2細胞中PEDV感染的影響

圖6.重疊分析篩選候選調(diào)控基因

本研究深入探討了丁酸鹽對豬流行性腹瀉病毒（PEDV）CV777株在豬腸上皮細胞（IPEC-J2）中感染的影響。研究發(fā)現(xiàn)，丁酸鹽通過顯著改變宿主細胞的轉(zhuǎn)錄譜，對PEDV感染具有抑制作用。特別是，丁酸鹽誘導的轉(zhuǎn)錄變化在IPEC-J2細胞中比PEDV感染本身引起的變化更為顯著，表明其在調(diào)節(jié)宿主細胞對病毒感染反應中的潛在重要性。

進一步分析揭示了PI3K-AKT信號通路在丁酸鹽抑制PEDV感染中的關(guān)鍵作用。該通路在丁酸鹽處理的細胞中上調(diào)，并且與PEDV感染后的基因表達變化存在重疊，提示PI3K-AKT信號通路可能參與調(diào)控宿主對病毒感染的防御機制。此外，丁酸鹽處理還影響了其他與免疫反應相關(guān)的信號通路，這可能與其抗炎和免疫調(diào)節(jié)功能有關(guān)。

https://doi.org/10.1186/s12985-024-02428-5