猴痘病毒是一種致病性正痘病毒，于1970年首次發(fā)現(xiàn)。該病毒物種分為進(jìn)化枝I和進(jìn)化枝II，2022年爆發(fā)菌株mpox屬于進(jìn)化枝II，該菌株會導(dǎo)致痘樣皮疹、淋巴結(jié)病以及非特異性前驅(qū)癥狀（皮膚損傷、發(fā)熱、疲勞和頭痛）相關(guān)的疾病，造成了全球范圍內(nèi)的廣泛傳播。在之前的研究中，對寨卡病毒（ZIKV）和新型冠狀病毒等病毒的多組學(xué)分析極大地增加了對流行病和痘病毒的了解，并促進(jìn)了藥物開發(fā)。盡管現(xiàn)在已有對猴痘病毒（MPXV）感染患者的轉(zhuǎn)錄組學(xué)和血漿蛋白質(zhì)組學(xué)研究，但是缺乏對MPXV感染相關(guān)系統(tǒng)的多組學(xué)研究。

本研究對MPXV感染的原代人成纖維細(xì)胞進(jìn)行了轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白組學(xué)和磷酸化修飾蛋白組學(xué)的多組學(xué)分析，以深入了解病毒與宿主的相互作用。除了免疫相關(guān)通路的影響外，研究人員還發(fā)現(xiàn)了HIPPO和TGF-β通路調(diào)控。通過磷酸化蛋白組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)mapk是MPXV感染的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，并且病毒蛋白中H5的動態(tài)磷酸化影響了H5與dsDNA的結(jié)合。進(jìn)一步的綜合分析和藥物靶標(biāo)預(yù)測確定了影響病毒生長的潛在藥物靶標(biāo)。該研究揭示了MPXV的作用機(jī)制，提高了對痘病毒的了解，推進(jìn)了病毒與宿主定向治療方法的開發(fā)。

英文題目：Multi-omics characterization of the monkeypox virus infection

中文題目：猴痘病毒感染的多組學(xué)特征分析

發(fā)表期刊：Nature Communications

影響因子：14.7

發(fā)表時間：2024.08

樣本類型：細(xì)胞

組學(xué)技術(shù)：轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白組學(xué)、磷酸化修飾蛋白組學(xué)

一、研究思路

圖1研究思路

二、研究結(jié)果

01.MPXV感染細(xì)胞的多組學(xué)分析

為了了解原代人包皮成纖維細(xì)胞(HFFs)感染MPXV的反應(yīng)，本研究進(jìn)行了轉(zhuǎn)錄組、蛋白質(zhì)組和磷酸蛋白質(zhì)組分析，結(jié)果表明轉(zhuǎn)錄組學(xué)共鑒定到12970個宿主基因的表達(dá)，其中1827個在MPXV感染期間有差異性表達(dá)；蛋白組學(xué)鑒定了7701個蛋白質(zhì)，其中1216個蛋白質(zhì)在感染過程有差異性調(diào)節(jié)；磷酸化修飾蛋白組學(xué)鑒定了1895個磷酸化修飾位點(diǎn)在感染過程中顯著變化。多組學(xué)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了感染細(xì)胞中RNA和蛋白豐度之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)了病毒轉(zhuǎn)錄物和病毒蛋白的增加，從而證實(shí)了HFFs的感染。此外還分析了CTNNB1、p38蛋白豐度的動態(tài)變化。這些結(jié)果表明MPXV感染對宿主細(xì)胞的多層次調(diào)控，包括基因表達(dá)、蛋白質(zhì)豐度以及磷酸化修飾位點(diǎn)變化，揭示了細(xì)胞信號傳導(dǎo)、免疫應(yīng)答和細(xì)胞骨架組織的廣泛影響。

圖2 MPXV感染細(xì)胞的多組學(xué)分析（圖源：Huang Y et al., Nat Commun, 2024）

02.病毒蛋白的動態(tài)分布

本研究描述了MPXV感染期間病毒蛋白的表達(dá)模式和磷酸化研究，共識別了161個具有不同時間表達(dá)模式的MPXV蛋白質(zhì)，使用UMAP技術(shù)將病毒蛋白分為三組，分別在感染后6h、12h、24h首次被檢測到。病毒組裝過程中所需要的7蛋白復(fù)合體（7PC）在12h后才能被檢測到，而主要的病毒粒子結(jié)構(gòu)蛋白從6h開始就能被檢測到。同時，根據(jù)MPXV的磷酸化動力學(xué)和豐度將MPXV磷酸化位點(diǎn)分為四組，其中H5是MPXV中磷酸化修飾最多的病毒蛋白，具有九個已識別的磷酸化位點(diǎn)，分布在三個不同的簇中。隨后使用AlphalFold預(yù)測了H5蛋白結(jié)構(gòu)，明確了磷酸化對H5功能的影響。這些結(jié)果促進(jìn)了對MPXV感染過程中病毒蛋白磷酸化動態(tài)的深入理解，并揭示了病毒與宿主細(xì)胞之間復(fù)雜的相互作用。

圖3 MPXV感染HFFs的病毒蛋白動力學(xué)（圖源：Huang Y et al., Nat Commun, 2024）

03.MPXV感染后宿主的系統(tǒng)分析

為了更好地了解病毒生物學(xué)并尋找病毒依賴的潛在可用藥，通過將多組學(xué)數(shù)據(jù)投射到已知的宿主生物學(xué)上進(jìn)行了深入的系統(tǒng)分析。首先，使用整合通路富集分析發(fā)現(xiàn)了在多個信號層面上獨(dú)特或共同受到干擾的通路，這些通路可能在病毒生命周期中發(fā)揮作用。通過轉(zhuǎn)錄因子富集分析，識別了與mRNA豐度調(diào)節(jié)相關(guān)的不同活性轉(zhuǎn)錄因子，例如EGR-1、MEF2A和FOSL2。蛋白質(zhì)組的上游調(diào)節(jié)因子的富集分析表明EGF、VEGF、TGF-β、干擾素和整合素信號傳導(dǎo)調(diào)節(jié)的途徑在MPXV感染中的顯著參與。同時，進(jìn)一步分析揭示了可能直接影響MPXV復(fù)制或協(xié)調(diào)宿主和限制因子表達(dá)的調(diào)控因子，以及尚未研究的潛在可藥物宿主因子。綜上，這些分析加深了理解病毒與宿主細(xì)胞之間相互作用的復(fù)雜性，為發(fā)現(xiàn)新的抗病毒測量提供了可能的藥物靶點(diǎn)。

圖4 MPXV多組學(xué)數(shù)據(jù)集系統(tǒng)分析（圖源：Huang Y et al., Nat Commun, 2024）

04.抗病毒藥物靶點(diǎn)預(yù)測

本研究通過網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)散模型來預(yù)測可能的抗MPXV藥物靶點(diǎn)，并利用多組學(xué)方法識別和評估現(xiàn)有的藥物。首先繪制了從單個組學(xué)層檢測到的分子變化，根據(jù)蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用、GO術(shù)語、疾病和藥物-蛋白質(zhì)關(guān)聯(lián)進(jìn)行連接。多組學(xué)方法發(fā)現(xiàn)了來自不同組學(xué)層的藥物和藥物靶點(diǎn)預(yù)測是高度正交的，這反映了感染誘導(dǎo)的通路擾動模式，并強(qiáng)調(diào)了該方法的必要性。通過上述方法共鑒定了1063種藥物和695種藥物靶點(diǎn)，這與轉(zhuǎn)錄組、蛋白質(zhì)組或磷酸化蛋白質(zhì)組水平上的MPXV指紋顯著相關(guān)。這種最先進(jìn)的基于圖的預(yù)測方法擴(kuò)展了以生物學(xué)為導(dǎo)向的綜合分析的結(jié)果，并提供了抗病毒策略。后續(xù)通過功能驗(yàn)證和藥物效果評估進(jìn)一步驗(yàn)證了該方法的可靠性。

圖5 抗病毒藥物靶點(diǎn)預(yù)測（圖源：Huang Y et al., Nat Commun, 2024）

三、拜譜小結(jié)

本研究采用多組學(xué)方法深入分析了MPXV感染原代人類成纖維細(xì)胞的分子機(jī)制。通過轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)和磷酸化修飾蛋白質(zhì)組學(xué)分析，揭示了MPXV感染對宿主細(xì)胞的廣泛影響，包括免疫應(yīng)答的調(diào)節(jié)、細(xì)胞信號傳導(dǎo)的干擾以及細(xì)胞周期和組織穩(wěn)態(tài)的調(diào)控。研究發(fā)現(xiàn)了病毒蛋白的動態(tài)表達(dá)模式和磷酸化事件，為理解病毒復(fù)制和致病機(jī)制提供了新見解。此外，通過系統(tǒng)生物學(xué)分析，研究預(yù)測了可能的抗病毒藥物靶點(diǎn)，并驗(yàn)證了多種藥物對MPXV的抑制效果，為開發(fā)新的抗病毒療法提供了重要信息和潛在候選藥物。拜譜生物作為一家國內(nèi)領(lǐng)先的多組學(xué)服務(wù)公司，可提供完善成熟的蛋白質(zhì)組學(xué)、修飾蛋白質(zhì)組學(xué)、代謝組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)等多組學(xué)產(chǎn)品技術(shù)服務(wù)體系。結(jié)合多組學(xué)技術(shù)，拜譜生物也推出了針對不同樣本和研究領(lǐng)域的多組學(xué)研究方案，包括腸道篇、血液篇、醫(yī)學(xué)篇等，歡迎大家咨詢!

參考文獻(xiàn)：Huang Y, Bergant V, Grass V, et al. Multi-omics characterization of the monkeypox virus infection. Nat Commun. 2024;15(1):6778. doi: 10.1038/s41467-024-51074-6.