我的單細胞測序project主要是做炎癥相關的單細胞轉錄分析，在檢索paper的過程中，發現有關單細胞測序和病毒相關的文獻是很少的，大致統計一下也不過十幾篇，追根究底可能有兩個方面的原因：
（1）我們做感染的還是很窮噠，科研界的基尼系數很高啊！（在此謝謝腫瘤學領域極力抬高了科研領域的GDP）；
（2）單細胞測序本身的限制性；雖然有些病毒，如流感病毒，它們的vmRNA也有尾部加poly A的特征，常規的scRNA-seq方法可以同時捕獲病毒RNA和宿主細胞mRNA共同進行建庫和測序，但由于轉錄表達水平較低（和宿主相比），先期不易捕獲，導致利用單細胞測序病毒感染進程的起始點較為困難（一定要注意不是所有病毒都有poly A尾！）。Nature重磅綜述 |關于RNA-seq，你想知道的都在這

Workflow

上圖為SaraCristinelli發表的**《The use of single-cell RNA-Seq to understand virus–host interactions》**中使用單細胞RNA-seq和表型分析鑒定特定細胞特征基因的簡要步驟:

• （i）單細胞分離;

• （ii）RNA-Seq程序，即RNA提取，逆轉錄（RT），文庫制備和測序;

• （iii）數據分析（單細胞教程匯總）。

• 文章傳送門：

  https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1879625717301530?via%3Dihub#!

文獻簡介

關鍵詞：病毒和宿主細胞之間的感染效應

2019年11月，伊利諾伊州立大學研究團隊利用10X單細胞轉錄組測序對甲型流感病毒（IAV，Influenza A virus）和宿主之間相互聯系的異質性進行分析，進而觀察到病毒基因表達的復雜異質性，以及在感染細胞群內存在多個不同的宿主對感染的轉錄反應。

主要內容：研究人員為了研究病毒感染導致的宿主反應的異質性，并希望去掉不同病毒滴度導致的差異，于是2009 H1N1感染A549細胞時的感染復數（MOI，multiplicity of infection）為0.01，保證>99.99%的感染細胞中含有1個病毒顆粒。

10XGenomics測序發現4662個virion-infected cells，3610個bystander cells和4597個mock cells。

作者發現即使感染狀態時間相同，病毒轉錄本層面上也均在巨大差異。

然后研究人員試圖查找病毒基因和宿主轉錄層面的相關性，雖然發現細胞在對IAV進行宿主反應時并沒有標準的轉錄表達，也沒有發現病毒轉錄水平和細胞聚類存在關聯性，不過發現了細胞周期相關基因如CDK1，CENPF，MKI67是導致感染細胞異質性的原因，還發現了細胞群體的異質性主要是由病毒感染和宿主細胞本身存在的異質性所引起的。

流感病毒基因組是由8股單鏈RNA片段組成，分別是HA、NA、M、PA、PB1、PB2、NP和NS，共編碼11個病毒蛋白質，接著作者想要探究病毒基因對宿主反應的影響，發現~10%的感染細胞并沒有NS片段的轉錄本表達，并且發現干擾素相關基因（interferon-stimulated gene，ISG）與NS片段表達高度相關。

最后，作者比較了不同感染細胞的宿主轉錄水平，發現在H1N1上各個細胞亞群之間的IFN和ISG表達并沒有顯著差異，而在H3N2上差異巨大。

該結果對于揭示病毒和宿主細胞之間的感染效應具有重要意義，其中區分不同組分之間的差異性可能為治療感染提供借鑒。

傳送門：

https://www.biorxiv.org/content/10.1101/858373v2.full

關鍵詞：病毒數量和免疫反應

2019年10月，西奈山伊坎醫學院研究團隊利用10× Genomics測序在單細胞水平上分析了早期感染期間IAV和人類上皮呼吸細胞相互作用的動力學。

研究人員發現，病毒的數量對宿主天然免疫影響巨大，并在原代上皮細胞感染實驗中發現早期的天然免疫反應對于抑制病毒擴散的重要性。

主要內容：研究人員首先用不同MOI值的病毒（0.2，0.6，2，10）感染A549細胞，發現MOI值越大，NS1表達時間越早，并且在每個時間點MOI值和NS1表達呈現正相關。

為了研究病毒拮抗和天然免疫反應，作者分別使用2MOI和0.2MOI進行感染，感染后細胞分為5個clusters，差異基因中細胞周期基因貢獻度最大。

在后期進行進一步聚類分析時，發現較低的拮抗效應可以激發更多的干擾素的產生。

隨后作者分析了在IAV感染期間上調病毒和細胞基因的轉錄本之間的相關性，大多數病毒片段與細胞基因的表達情況均成反比，尤其是NS片段和PA片段。在比較感染細胞和旁觀者細胞時，發現感染細胞的天然免疫反應相似或者略低于旁觀者細胞（如TRIM22,OAS2,IFI27等基因）。然后確定了上皮細胞中病毒感染過程中I型和III型IFN系統之間的差異表達模式，早期天然免疫反應由III型IFN主導。

在單細胞表達分析中確定的IFNL1表達模式與大量表達IFNL1的旁觀者細胞中的旁分泌激活機制相一致。低MOI的IAV感染會導致旁觀者細胞中抗病毒ISG的誘導，從而潛在地保護它們免受病毒感染。

本報告提供了有關感染的早期階段后，隨著感染上呼吸道上皮細胞中感染單細胞的流感病毒數量增加，IAV免疫拮抗作用與先天免疫反應相互作用的動力學變化的見解。

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https://jvi.asm.org/content/93/20/e00559-19

關鍵詞：與感染相關的宿主細胞基因和途徑

2019年10月，薩爾大學醫學院病毒學研究人員通過結合三種不同的計算方法來確定與感染相關的宿主細胞基因和途徑：基因和途徑離散分析，細胞狀態轉變概率的預測以及未來的細胞狀態。該研究提供了對單純皰疹病毒1（Herpes simplex virus-1，HSV-1）感染早期階段的認識，并為研究病毒感染中異質細胞狀態提供借鑒。

主要內容：皰疹病毒感染在宿主細胞中引發一系列擾動，但在單個細胞的水平上仍知之甚少。為了觀察病毒感染前幾個小時的分子表型的異質性，研究人員使用10MOI的滴度對原代細胞（NHDFs）進行感染，并對感染后1，3，5h的細胞進行Drop-seq（Hemberg-lab單細胞轉錄組數據分析（二）- 實驗平臺），通過聚類分析發現導致細胞異質性的主要因素是細胞周期和感染進程。

處于S-，G2,和M-期的細胞更容易受到病毒感染，或者病毒在該類細胞中進展更快。在裂解感染過程中，HSV病毒轉錄本在單個細胞中呈現雙峰，其中在第一個峰中只含有1或2個病毒轉錄本，雙峰可能是由于US1/UL54的表達和感染后期的相互轉化。

研究感染后病毒基因表達的變化時，發現RASD1和RRAD與病毒轉錄本呈現正相關性，并通過siRNA實驗發現其具有抗病毒活性。然后利用RNA velocity發現NRF2與病毒轉錄本呈現正相關。

最后研究人員使用兩種NRF2激動劑探究調控HSV-1感染，發現早期病毒基因UL29和晚期病毒表達基因UL6均會較少，表明病毒粒子的生成和/或病毒轉錄/復制的晚期階段受到影響。

該研究對于揭示病毒感染后的動力學變化以及不同病毒基因表達和宿主免疫效應的關系具有重要意義。

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https://www.nature.com/articles/s41467-019-12894-z

關鍵詞：感染期間病毒和宿主的轉錄異質性

2019年5月，芝加哥大學基因組與系統生物學研究所研究團隊結合了活細胞成像和單細胞RNA測序來表征原代人細胞HSV-1感染期間病毒和宿主的轉錄異質性。他們發現個別感染的細胞之間病毒基因表達水平的極端差異性，并表明這些細胞聚集成轉錄水平上不同的細胞亞群。

主要內容：在單細胞水平上的感染是高度異質的，大多數被感染的細胞不產生或很少產生病毒后代，而一些細胞則產生數千個。

為了探究單個細胞在病毒基因表達起始狀態中的基因變化情況，用滴度為2MOI的HSV-1病毒感染原代人體成纖維細胞（HDFn）。立即早期基因ICP4的起始表達在感染后1-4h達到高峰，并且在8h和11h分別達到高峰，這可能是出現二次感染的原因。

研究團隊對wildtype HSV-1和無ICP0的HSV-1突變株感染細胞后進行單細胞測序，發現感染細胞之間的差異性較大，Gini系數較高（0.8 for wildtype and 0.77 for ICP0-dd）。

在探究有關細胞周期對HSV-1基因表達的影響方面，發現G2期感染的細胞不太可能啟動病毒基因表達，并且細胞從病毒強迫的有絲分裂阻滯中逃逸對HSV-1感染非常有害。

抗病毒感染的起始來源于abortively infected cell的細胞亞群，并且大多數ISG在病毒低載量的細胞中高表達。在高度感染的細胞中，21個基因表達上調，GO分析（GO、GSEA富集分析一網打進）發現其與RNA轉錄調控相關。通過基因通路分析發現HSV-1高度感染的細胞經歷了抑制胚胎和發育遺傳程序的過程，包括WNT / b-catenin途徑。最后研究人員發現b-catenin與感染進程高度相關，在感染過程中，b-catenin易位至細胞核并集中在病毒復制區室。

被病毒感染的單細胞在感染的各個方面均表現出變異性，從初始表型（abortive infectionVS成功表達病毒基因）開始，到病毒基因表達的時間和速度，直至宿主細胞的細胞反應。在執行按種群平均的測量時，感染細胞群中的這種異質性是有害的，但可以通過單細胞分析來解決，這為生物學過程提供新的見解。

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https://elifesciences.org/articles/46339

點評：病毒與單細胞方面的文獻普遍偏少，在實驗設計方面的體內實驗的報道也較少，多數都是停留在細胞系的層面上，最后說一句，感染和單細胞測序結合大有可為啊，啊哈哈哈！

封面來源：https://science.sciencemag.org/content/358/6359

總結

以上是生活随笔為你收集整理的2019文献汇总 | 单细胞与病毒感染的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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