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猪源性猪瘟病*感染仔猪血清代谢组学研究
期刊：FrontiersinMicrobiology
发表时间：年4月
影响因子:4.
研究背景
经典猪瘟（CSF）是一种具有高发病率和死亡率的高度传染性的猪传染病，该病由经典猪瘟病*（CSFV）引起，并以高烧，严重抑郁，大量出血，白细胞减少，厌食和交替便秘和腹泻为主要感染特征。作为世界动物卫生组织通报的一种动物健康疾病，CSF在全世界许多国家造成重大经济损失。CSFV在具有白细胞，特别是单核巨噬细胞的器官中复制，白细胞作为其靶细胞，导致多种身体成分的功能失常。包括免疫，循环，消化，运动，生殖和呼吸系统。
虽然对CSFV感染的详细分析已经确定了涉及病*复制和*力的各种因素，但是必须综合分析宿主对CSFV感染的反应，以破译病*发病机制的潜在分子机制。具有高通量技术的系统生物学提供了一种强有力的工具，可以揭示与疾病进展相关的基因表达和代谢的整体变化。已有学者使用转录组学和蛋白质组学确定CSFV感染后基因组表达谱和宿主蛋白质组的变化，但主要阐明了上游转录水平和蛋白质的改变。然而，尚未报道CSFV感染仔猪中小分子代谢物的变化。
研究材料和检测平台
研究材料：20只断奶仔猪（30日龄），正常喂养一周后随机分成2组（对照组和感染组，n=10）。
检测平台：UPLC/ESI-QTOF/MS
研究结果
1.CSFV感染仔猪的临床表现
在用CSFV病*感染后第3天，在仔猪中检测到低水平（.0基因组拷贝/ml）的病*血症，并且在第7天达到约.0基因组拷贝/ml的高水平。在CSFV感染的仔猪中观察到典型的CSF特征，包括高烧和白细胞减少。感染仔猪的直肠温度从0天时的39.6℃增加到1天后的40.3℃，并在第3天达到峰值（40.9℃），而在对照组中直肠温度没有显著变化。此外，受感染仔猪的白细胞计数在第3天和第7天下降了~50％，而对照水平保持不变。在CSFV感染的仔猪中也观察到交替性便秘和腹泻，惊厥，抑郁和昏迷。其中一只受感染的仔猪在第8天之前没有显示任何临床症状，而在该动物的第3天和第7天收集的血清样品被包括在代谢组学分析中（图1）。
图1.感染CSFV病*的猪发生病*血症，高烧和白细胞减少症
2.感染持续时间对CSFV感染仔猪代谢物谱的影响
在CSFV感染仔猪后，利用UPLC/ESI-QTOF/MS对其血清进行代谢物分析，并基于VIP＞1和P＜0.05筛选差异代谢物，并发现这些差异代谢物与几种关键的代谢途径相关，包括色氨酸分解/犬尿氨酸代谢，苯丙氨酸代谢，脂肪酸和脂质代谢，柠檬酸和尿素循环，支链氨基酸和核苷酸代谢途径。这些差异代谢物显示出三种不同的时间过程趋势：升高升高，降低升高和降低降低，如层次聚类热图所示（图2、3）。
图2.血清提取物的主成分分析（PCA）和偏最小二乘判别分析（PLS-DA）的得分图（对照组和感染组）
图3.CSFV感染仔猪差异表达代谢物热图
3.CSFV感染仔猪后能量和脂质代谢物发生改变
TCA循环对于体内生化过程的能量产生是重要的。TCA循环的一些中间体，包括柠檬酸、琥珀酸、富马酸和苹果酸，随着感染时间的延长而降低，除了草酰乙酸在后期阶段上调，这个情况表明CSFV感染仔猪的能量产生受阻。大量饱和脂肪酸（棕榈酸，2-羟基己酸和硬脂酸）和不饱和脂肪酸（油酸，LTB5和亚油酸），以及酰基肉碱（棕榈酰-L-肉碱，乙酰肉碱和丁酰基-L-肉碱）累积在感染仔猪的血清中。这些化合物的积累可能表明通过脂肪酸β-氧化产生的能量受到干扰。另一种能量产生途径，即支链氨基酸（BCAA）向乙酰CoA和琥珀酰CoA的降解也被抑制，因为CSFV感染后BCAAs（缬氨酸，亮氨酸和异亮氨酸）及其衍生物出现积累。与能量产生相关的其他氨基酸，如蛋氨酸和苏氨酸，在感染仔猪中呈下降趋势。用于通过肠道细菌产生能量的丙酸，在感染期间呈下降趋势。此外发现，用于合成辅酶A的泛酸在第3天时首先增加，然后在第7天时减少。总之，CSFV感染仔猪后，能量代谢被显著抑制（图4）。
图4.CSFV感染的仔猪中改变的代谢途径的示意图
4.CSFV感染仔猪后芳香氨基酸代谢发生改变
含吲哚的化合物3-吲哚丙酸（IPA）和吲哚乙醛在感染的仔猪中第7天下调，但另一种吲哚衍生物吲哚基硫酸上升。这些吲哚衍生物的产生与肠道微生物代谢有关。IPA是由某些类型的肠细菌产生的代谢物，其减少可以反映CSFV感染对肠道微生物群的扰动。在CSFV感染的仔猪中，另一种含吲哚的化合物色氨酸的代谢也显著改变。色氨酸是动物必需的氨基酸，可通过多种途径代谢产生作用。一种关键途径，即色氨酸/犬尿氨酸途径，在CSFV感染后被激活，这反映在犬尿氨酸及其衍生物喹啉酸的血清水平升高，同时下调喹啉酸衍生物（葫芦巴碱和烟酰胺）。同样，另一种色氨酸代谢途径中的代谢产物5-羟色胺在感染期间显著降低。苯丙氨酸衍生物，包括苯乙酰甘氨酸和马尿酸发生下调，但苯丙氨酸降解产生的代谢产物4-氨基水杨酸在感染期间显著升高，这一观察与苯丙氨酸水平的增加一致。此外，在CSFV感染期间观察到苯丙氨酸代谢对酪氨酸的扰动，酪氨酸衍生物多巴胺增加。来自大豆苷元的肠道细菌调节的代谢物雌马酚在第3天时被观察到升高，并且在感染后第7天时降低，这可以进一步反映由CSFV感染诱导的肠道微生物群的扰动。总之，上述结果清楚地表明肠道微生物参与CSFV感染的仔猪的血清代谢物谱（图4）。
5.CSFV感染仔猪后核苷酸代谢和尿素循环代谢发生改变
在CSFV感染后，腺嘌呤核糖核苷酸（AMP）、核苷酸胞苷和鸟嘌呤出现下调，但发现胞嘧啶和鸟苷在第3天时升高，随后在第7天下调。CSFV感染后，其衍生物尿酸和尿囊素在整个过程中显著上调。除了核苷酸代谢的改变之外，在感染期间氮稳态也受到干扰，这可以通过瓜氨酸和鸟氨酸的水平的降低以及尿素的升高来证明。精氨酸到肌酸和肌酸酐的代谢水平提高。而血清中积累的尿素和肌酸酐是肾衰竭的指标。此外，尿酸，尿囊素和肠道细菌调节代谢物对甲酚硫酸盐水平的升高反映了CSFV感染仔猪尿*症的发生（图4）。
总结
本研究分析了CSFV感染仔猪的血清代谢组学，并表明某些代谢物水平的变化可以将感染的动物与健康的动物分开。扰动的代谢途径包括色氨酸/犬尿氨酸途径，脂肪酸生物合成和β-氧化途径，TCA和尿素循环途径，以及核苷酸代谢途径。这些途径的改变揭示了抑制能量产生和肠道微生物群的可能的生态失调是CSF疾病发展的关键因素。本研究研究提供了直接证据证明，CSFV感染可引起脂质代谢和许多其他代谢途径的显著改变，类似于由DENV和HCV引起的人感染。因此，CSFV感染仔猪的代谢组学分析不仅为CSF的疾病进展提供了新的见解，而且可以作为一种评估人类*病*感染的治疗方法的模型。
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