鼻病毒感染导致儿童哮喘急性发作的多组学机制研究进展总结2026

鼻病毒感染导致儿童哮喘急性发作的多组学机制研究进展总结2026鼻病毒（rhinovirus，RV）是儿童呼吸道感染常见病原体之一，感染后不仅可引起鼻塞、流涕、发热、咳嗽、喘息、呼吸困难等急性呼吸道感染表现，还与支气管哮喘、慢性阻塞性肺疾病等慢性肺部疾病的急性发病相关［1-4］。RV感染儿童比呼吸道合胞病毒感染儿童更容易出现早期喘息，且日后患哮喘的风险明显升高［3，5］。RV具有超150个血清型，使研发有效的疫苗十分困难，目前暂无有效的针对性药物批准上市，因此，研究RV的感染机制及与哮喘的关联、寻找关键治疗靶点具有重要临床意义。高通量组学是基于高通量分析的集合生物学系统，根据分析目标的不同可分为基因组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学等，以整体角度去研究生物体内DNA转录、RNA翻译、蛋白质修饰和代谢产物的功能等情况，使对生物体的表达信息研究更透彻［6］。本文综述了RV感染在基因组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学及新的单细胞转录组学等多组学层面的研究进展，以期有助于解析RV感染导致哮喘急性发作的机制，减少哮喘疾病负担，改善患者预后，提高患者长期生活质量。1RV生物学特性RV属于小核糖核酸病毒科、肠道病毒属，是一种无包膜的阳性单链RNA病毒，基因组由5'和3'端的两个非编码区及一个长开放阅读框组成。非编码区5′UTR和3′UTR包含病毒基因组翻译和复制所需的许多结构和序列元件。开放阅读框经翻译后的多聚蛋白被病毒蛋白酶2A和3C裂解产生11种成熟蛋白，其中VP1、VP2、VP3和VP4蛋白作为结构蛋白构成原体，60个原体构成二十面体病毒衣壳，其余7种非结构蛋白（2A、2B、2C、3A、3B、3C、3D）与翻译、病毒复制及病毒-宿主相互作用有关［7］。RV包括RV-A、RV-B及RV-C三个RV亚型，与RV-B相比，临床上以A型及C型感染更常见，与哮喘急性发作关联性更强，RV‐C53及RV‐A20是常见的血清型［8-9］。RV-A的大部分分型及RV-B通过细胞间黏附分子-1进入细胞，少部分RV-A亚型通过低密度脂蛋白受体进入胞内。RV-C则与钙黏蛋白相关家族成员3（cadherin-relatedfamilymember3，CDHR3）相结合。2基因组学揭示RV感染后哮喘发病的基因易感性哮喘的发生和发展是宿主基因型和环境暴露之间复杂作用的结果。目前基因组学研究表明17q21片段上的多个基因（GSDMA、GSDMB、IKZF3、ZPBP2、ORMDL3及PGAP3）与家族中儿童哮喘的发作密切相关，其中对ORMDL3和GSDMB研究较多［10-13］。有研究验证了与未受RV刺激的外周血单个核细胞相比，RV刺激的外周血单个核细胞中ORMDL3和GSDMB表达水平表现出显著增加，这与17q21变异有关［11］。RV可通过诱导干扰素-α/β信号通路上调ORMDL3蛋白转录水平，ORMDL3蛋白的作用主要体现在抑制丝氨酸棕榈酰辅酶A转移酶（serinepalmitoyl-CoAtransferase，SPT）及诱导内质网应激两方面。一方面，ORMDL3通过抑制SPT导致1-磷酸-鞘氨醇及神经酰胺等多种鞘脂浓度的降低，不但增强呼吸道平滑肌的收缩，导致气道高反应性，而且能通过影响病毒生命周期而有利于病毒复制［14-15］。另一方面，ORMDL3可抑制肌/内质网Ca2+ATP酶泵，诱导内质网应激反应，调节过敏原诱导的平滑肌增殖和气道高反应性［16］。GSDMB则会引起上皮细胞焦亡、细胞因子和警报素的释放，破坏气道屏障并加剧病毒驱动的炎症反应［17］。RV感染可诱导干扰素-α/β信号通路上调，激活IRF1/2/4转录因子，增强GSDMB基因的表达［18］。GSDMB基因的高表达导致IFNG基因介导的Ⅰ型炎症反应，减弱Ⅰ型及Ⅲ型干扰素的应答，引起细胞毒性CD8+T细胞及NK细胞浸润于呼吸道，释放颗粒酶A，正反馈活化GSDMB基因，损伤上皮细胞并释放警报素，引起促炎反应过度激活，使炎症反应在病毒被清除后仍可迁延，这凸显了GSDMB/IFNG介导的Ⅰ型炎症反应轴在RV感染和儿童哮喘易感性中的作用，为治疗或预防携带17q变异的高危儿童RV感染提供了新思路［18］。此外，CDHR3基因编码的CDHR3受体是RV-C进入细胞的结合位点，在人肺组织纤毛上皮细胞分化过程中高度表达，介导RV-C的结合和复制［19］。CDHR3基因中的SNPrs6967330、rs73195680可进一步增加儿童感染RV-C后因哮喘住院的风险［20］。其中，rs73195680作为CDHR3-eQTL所在连锁不平衡区块的一部分，被认为会增加CDHR3蛋白表达，增强RV-C与纤毛上皮细胞的结合［19，21］。3转录组学、蛋白质组学揭示RV感染及合并哮喘时引发的差异表达转录组学研究在某一特定条件下所能转录出的RNA，从RNA水平研究基因表达情况；蛋白质组学则研究生物体内蛋白质的组成、结构、功能、相互作用及其动态变化。RV感染后引起的宿主转录组及蛋白质组变化主要与免疫反应相关。宿主细胞识别病毒并激活抗病毒反应启动的相关基因，该过程涉及视黄酸诱导基因-I（retinoicacid-induciblegeneI，RIG-I）样受体信号通路、Jak-STAT信号通路、NOD样受体信号通路及Toll样受体信号通路等。RIG-I样受体信号通路中的DDX58（编码RIG-I）和IRF9基因被激活，干扰素刺激基因的蛋白表达量升高；TLR2/MyD88通路被激活，上调IL-25受体的蛋白表达，增强Th2型炎症反应；CXCL10、CXCL11和IL-8等多种细胞因子和趋化因子基因、PMAIP1（NOXA）和PUMA等细胞凋亡相关基因表达以及ITGA5、ITGB8、LAMA3和LAMC2等细胞迁移和组织修复相关基因的表达也被上调。此外，RV感染还上调了与Wnt信号通路、细胞周期调控、细胞黏附和B细胞受体信号通路相关的基因表达水平，上皮增殖（如Notch通路）和自噬信号通路也被富集［22-23］。还有研究发现，RV感染使Rho-GTP酶对肌动蛋白细胞骨架的调节及中间丝细胞骨架重组等通路被富集，导致肌动蛋白细胞骨架重组、中间丝结构紊乱，直接削弱屏障功能，与哮喘患者气道高反应性和黏液分泌增加密切相关［24］。哮喘患者的上皮细胞中存在内在缺陷，与正常健康人群相比，哮喘患者感染RV后表现为固有免疫反应延迟［4，25-26］。哮喘患者感染RV后，诱导的干扰素-λ1/3蛋白水平显著降低［27］。哮喘患者体内支气管上皮还存在较低的上皮干扰素-α/β表达，与RV感染期间病毒载量增加、气道症状恶化、气道高反应性和肺功能下降有关［28-29］。INNA-X作为一种新型Toll样受体2激动剂，可提高经其预处理后的上皮细胞对RV的免疫反应，显著增加干扰素-β和IFN-λ的表达，减少RV载量［30］。4RV引起的代谢组学改变及与哮喘的关联4.1RV感染诱导宿主细胞合成代谢增强有研究使用原代人类成纤维细胞和HeLa细胞进行RVB14感染实验以了解RV感染引起的代谢变化，结果表明，RV感染导致宿主细胞代谢主要向合成代谢状态转变，包括增强糖原分解、脂肪生成和核苷酸合成［31］。（1）糖代谢：增强葡萄糖摄取和糖原分解，为合成代谢提供原料。RV感染通过PI3K信号通路上调葡萄糖转运体1（glucosetransporter1，GLUT1）表达，增强葡萄糖摄取。感染细胞中麦芽糖类及尿苷二磷酸葡萄糖等糖原分解中间产物累积，提示糖原分解加速为病毒复制提供额外的碳源。而2-脱氧葡萄糖通过竞争性抑制磷酸葡萄糖异构酶阻断糖酵解的早期阶段，减少三磷酸腺苷（adenosinetriphosphate，ATP）生成及三羧酸循环碳通量，能强烈抑制RV在HeLa细胞、原代人类成纤维细胞及小鼠模型中的复制和炎症，可用于治疗干预的新靶点［31］。（2）脂质代谢：增加脂肪酸合成，减少脂肪酸氧化。感染导致多种中长链酰基肉碱减少，同时乙酰辅酶A、油酰辅酶A及多不饱和脂肪酸水平升高，伴随磷脂、鞘脂、神经酰胺和脂肪酸合成酶辅因子磷酸泛乙烯也显著增加，提示脂质合成增强［31］。脂肪酸生物合成与鞘脂代谢激活可能通过重构病毒复制所需的膜结构加剧细胞损伤，释放的3-羟基丁酸、磷酸乙醇胺等代谢物可作为炎症介质促进气道炎症［24］。（3）核苷酸代谢：增强核苷酸合成，为病毒复制提供前体物质。RV感染使三磷酸鸟苷（guanosinetriphosphate，GTP）、尿苷三磷酸（uridinetriphosphate，UTP）等多种核苷酸三磷酸和二磷酸水平显著增加，伴随着核糖-5-磷酸和木酮糖-5-磷酸累积，表明激活了磷酸戊糖途径以合成核苷酸前体［31］。4.2RV引起的代谢改变与哮喘发生的高风险具有关联性RV感染会增加哮喘发生及急性加重的风险，代谢组学研究有助于揭示其机制并识别干预靶点。有研究通过整合多组学方法，根据RV病毒种类、鼻咽部微生物组和2型细胞因子（T2）反应特征将婴幼儿RV细支气管炎分为A、B、C、D4种生物亚型。其中亚型A定义为：RV-C感染，混合菌群，T2低反应；亚型D定义为：RV-C感染，莫拉菌属优势，T2高反应。与亚型A相比，亚型D在3岁前反复喘息的风险及在5岁前发展为哮喘的风险显著增高。为了进一步研究具有生物学意义的途径，研究者将亚型A和亚型D进行鼻咽部代谢物富集分析，确定了差异富集的途径，其中脂质代谢途径引起了研究者的注意，亚型D中鞘脂、花生四烯酸及羟基十八碳二烯酸含量明显更高［32］。已有越来越多的针对鞘脂的基础性研究证实鞘脂与RV及哮喘三者之间的关联［33］；RV抑制鞘脂从头合成的限速酶，从而降低血中鞘脂含量，较低的鞘脂可能与支气管微血管张力有关，导致早期气道重塑和气道高反应性，其具体机制有待阐明［34］。花生四烯酸作为炎症介质（如白三烯和前列腺素）的前体，是炎症反应中的关键代谢产物［35］。羟基十八碳二烯酸是亚油酸的代谢产物，已被证明可以调节核因子-κB（nuclearfactorkappa-B，NF-κB）的活性，并降低糖皮质激素受体α的转录［36］。这些脂质通路的改变可能会影响抗病毒效应，加剧气道炎症和提高反复喘息的风险，与哮喘的发病机制相关［37］。5单细胞测序技术为RV感染与哮喘机制研究提供新方法单细胞测序技术能够对组织单个细胞的基因组、转录组、表观基因组等进行高通量测序分析［38］，精确识别RV感染中的关键分子及关键宿主细胞群，阐明RV在哮喘发生、发展中的驱动作用，但该方法仍处于起步阶段。不同RV亚型依赖不同的受体进入细胞，RV-C与哮喘加重的关联性强于其他RV亚型，其致病性可能与其独特的CDHR3受体相关。有研究使用供者的肺叶制作全肺细胞悬液进行单细胞RNA测序，对13个不同的细胞群进行细胞类型鉴定后表明，CDHR3高度特异性地局限表达于气道上皮细胞中的纤毛细胞，且呈顶部分布，在未成熟纤毛细胞中表达最高。这为理解RV-C感染机制提供了细胞水平证据，排除了CDHR3在分泌细胞等其他细胞类型中表达的可能性，避免了对RV-C受体功能的误判，为使用CRISPR-Cas9技术进行基因敲除和后续的功能实验提供了细胞靶点信息。此研究进一步显示RV-C15感染水平在CDHR3基因敲除细胞中降低了80.42%，提示针对CDHR3的单克隆抗体或小分子抑制剂可能可以阻断RV-C感染而不影响其他生理功能，特别是对于携带风险变异的哮喘患者，这种靶向治疗可能具有预防意义［20］。有研究用健康供体的人类支气管上皮细胞在空气-液体界面条件下培养，用RV-C15从支气管上皮细胞顶端进行感染，在感染后的12h、24h及42h收集样本，评估病毒复制情况，通过单细胞RNA测序技术详细分析了RV-C15在不同肺组织细胞群中感染后基因表达的变化、感染后不同时间点在抗病毒反应中表现出的特征以及细胞亚群的变化。研究表明，感染后，RV-C15在纤毛1、2、3和黏液纤毛细胞群中的复制水平最高（CDHR3基因在这些细胞中特异性表达），而分泌细胞和基底细胞等不表达CDHR3的细胞亚群中仅有极其微小量的RV-C15复制，但也是促炎趋化因子（如CXCL10、CCL20和CXCL8）的主要来源，提示这些“非感染细胞”可能通过细胞间的信号传导（如干扰素分泌或Ca2+通量）与“感染细胞”协调应对RV-C15感染。此外，RV-C15感染还引起细胞亚群的变化，表现为纤毛细胞数量逐渐减少，分泌细胞数量增加，致使感染期间气道黏液分泌增加、黏液清除功能障碍甚至屏障功能下降，导致气道高分泌状态，也使过敏原、毒素和微生物更大程度地渗透气道，加重感染程度，诱发气道高反应性进而引起哮喘急性发作。这也提示呼吸道上皮细胞亚群的组成和协调反应可能决定了个体对RV感染的易感性和哮喘严重程度，进一步研究细胞亚群之间的协调免疫反应有助于阐明RV感染导致哮喘急性发作的机制［39］。有研究进一步对37例哮喘儿童（其中23例有严重哮喘急性发作史、14例无严重哮喘急性发作史）和3例健康儿童的支气管上皮细胞进行了分析，使用批量RNA测序揭示了具有严重哮喘急性发作倾向儿童的上皮细胞中存在整体转录失调，表现为在被感染前干扰素基线水平低下，导致RV复制增强（较无严重哮喘急性发作史儿童高5.9倍），进而触发干扰素反应、其他炎症反应、上皮重塑及应激通路的显著且持续的激活，同时抑制细胞代谢与转录活性。但批量RNA测序无法细化不同细胞类型在其中的作用。研究者进而使用单细胞RNA测序技术尝试揭示不同细胞类型各自的特异性反应模式，成功鉴定出12种气道上皮细胞亚型，并发现分泌型免疫反应细胞（secretoryimmuneresponsecells，SIRs）、簇细胞/肺神经内分泌细胞及基底细胞等非纤毛细胞群是RV感染后免疫失调异常反应的核心细胞群。在干扰素反应模块，基底细胞、簇细胞、纤毛细胞显示出明显差异，是驱动严重哮喘急性发作组感染后干扰素水平上调的主要力量；在上皮重塑与炎症模块，簇细胞和SIRs中上调最显著，并可富集到