多组学联合分析伪狂犬病基因缺失疫苗的免疫保护机制

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伪狂犬病(Pseudorabies,PR)是由伪狂犬病毒(Pseudorabies virus,PRV)引起的,能够感染多种脊椎动物并引起发热、奇痒、急性脑脊髓炎和母畜流产、死产等症状,制约我国畜牧业的高质量发展。2011年后,国内多地暴发新型伪狂犬病,然而传统的g E基因缺失疫苗Bartha-K61不能对新型PRV感染提供有效保护。目前,研发针对变异株的疫苗是防控和净化PR的主要途径。PRV FJ-2012株是福建省农业科学院畜牧兽医研究所猪病研究室在2012年于病死猪中分离到的一株新型PRV,对其深入研究可以为开发新型猪伪狂犬病疫苗奠定基础。此前鲜有研究观测伪狂犬病疫苗接种后再攻毒个体的转录组、代谢组和肠道微生物组的变化。为此,本试验以湖羊为研究对象,使用含有不同免疫佐剂的FJ-2012 g E/g I基因缺失灭活疫苗(A组:FJ-2012 g E—/g I—+GEL,B组:FJ-2012 g E—/g I—+206,C组:FJ-2012 g E—/g I—+白油,空白对照组:生理盐水)进行接种后再使用FJ-2012毒株进行攻毒,观察湖羊临床症状及病理剖检并采集了结肠、脑组织、血清和粪便样品,分别进行转录组高通量测序(RNA-seq)、质液联用(LC-MS)非靶向代谢组检测以及高通量16S r RNA基因测序。分析结果如下:(1)血清抗体检测结果显示疫苗接种效果良好,而不同佐剂的FJ-2012 g E/g I基因缺失灭活疫苗的保护效力存在差异;转录组测序结果显示,湖羊接种不同佐剂疫苗后再攻毒,结肠和脑组织基因表达情况发生明显改变。在结肠组织中,试验组和对照组之间共存在67个差异表达基因(FDR<0.01),差异表达基因富集的KEGG通路包括抗原加工与提呈、碳代谢、氨基酸生物合成等8条途径;差异基因所富集的GO条目有22个,包括NADH代谢、蛋白质折叠、肽酶复合物、粘着斑、寡糖基转移酶活性、异构酶活性等。在脑组织中,试验组和对照组之间共存在47个差异表达基因(FDR<0.01),差异表达基因富集的KEGG通路包括碳代谢、阿尔兹海默症、抗原加工与提呈、氧化磷酸化、内吞作用等8条途径;差异基因所富集的GO条目有18个,包括囊泡定位、铁离子运输、投射神经元、突触、微管蛋白结合、ATP酶活性等。运用q RT-PCR验证了结肠组织中7个基因的表达情况与测序结果一致,并推测疫苗可能从调控内质网自噬、细胞程序性坏死以及抗氧化等方面来抵抗PRV感染。(2)代谢组检测结果显示,血清代谢物含量在各组之间存在着明显变化。通过Kruskal-Wallis检验和随机森林模型分析,共检测出63种代谢物的丰度在各组之间存在显著性差异(P<0.05)。差异代谢物富集的KEGG通路包括淀粉与蔗糖代谢、支链氨基酸代谢、芳香族氨基酸代谢、牛磺酸代谢、神经鞘脂代谢等9条途径。(3)肠道微生物组测序结果表明,注射含有不同免疫佐剂的疫苗后再攻毒能够显著影响湖羊肠道菌群的组成和结构。在Alpha多样性方面,A组显著高于C组(P<0.05),C组显著高于B组(P<0.05),A、C组都显著高于对照组(P<0.05),B组与对照组无显著性差异(P>0.05)。在Beta多样性方面,C组最高,其次是B组。B、C组都显著高于对照组(P<0.05),A组高于对照组,但差异不显著(P>0.05)。在菌门水平,厚壁菌门、拟杆菌门、螺旋菌门、放线菌门、变形菌门、韦荣球菌门在试验组和对照组中都是优势菌门。在菌属水平,来自优势菌门的密螺旋体属、理研菌科RC9肠道群、克里斯腾森菌科R7群、拟杆菌属、双歧杆菌属、阿克曼氏菌属等24个菌属在试验组和对照组中都具有较高丰度。在OTUs水平,利用LEfse分析共检测出62个OTUs的丰度在试验组和对照组之间存在显著差异。(4)宿主差异表达基因与生物标识之间的互作网络中,57个结肠组织差异表达基因、41个脑组织差异表达基因、46个差异代谢物和14个差异OTUs之间存在相关性。结肠与脑组织的差异表达基因之间可以形成两个明显的互作类群,代谢物和细菌之间没有形成明显的互作类群,但二者仍与差异表达基因间存在着明显的互作。互作网络分析再次提示伪狂犬病基因缺失疫苗可能通过多水平调控细胞自噬来抵抗PRV感染。本试验通过多组学联合的方法揭示了接种FJ-2012 g E/g I基因缺失疫苗再攻毒湖羊的结肠和脑组织转录组、血清代谢组以及肠道微生物组的变化情况,为探究伪狂犬病疫苗的免疫保护机制及研发新型伪狂犬病疫苗提供数据支撑。
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