Nat Cell Biol | 陈水冰团队利用类器官揭示CIART/NR4A1/RXR信号通路在调控新冠病毒感染中的重要作用

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截至目前，新冠病毒大流行在全球范围造成了超过七亿六千万感染病例，其中死亡病例超过六百八十万。新冠病毒不仅感染呼吸系统，还可以感染人体多种其他组织，包括肝脏，胰腺，肾脏，大脑，肠道，心脏等等。近年来，人多能干细胞来源的类器官作为一种新兴的模型系统被广泛用于研究疾病发生和组织器官发育。在之前的研究中，类器官被用于研究新冠病毒的易感性，病毒与宿主细胞相互作用，以及药物筛选等。然而，调控新冠病毒感染的机理并没有完全阐明，能不能通过在不同组织中靶向共同的因子抑制新冠病毒感染也不清楚。

2023年3月15日，康奈尔大学威尔医学院陈水冰团队在Nature Cell Biology发表了题为 A Multi-Organoid Platform Identifies CIART as a Key Factor for SARS-CoV-2 Infection  的研究论文。

研究人员利用人多能干细胞分化得到了可以被新冠病毒高效感染的心肌细胞，肺泡类器官，气管类器官。在此基础上，研究人员用不同剂量的新冠病毒感染了这些细胞/类器官，并通过RNA-seq系统分析了新冠病毒感染引起的转录组变化。过往的研究表明，新冠病毒可以通过上调某些宿主基因，比如ACE2的表达而进一步促进感染。本研究鉴定了18个在不同细胞/类器官中被新冠病毒感染后上调的宿主基因，进一步在心肌细胞中逐一敲除这些基因证实CIART，EGR1，FOS，H2AC6，H2BC5，JUN，MXD1，NR1D1，NR4A1，NR4A3，PPP1R15A，SOCS3，TIPARP影响新冠病毒感染，其中敲除CIART抑制感染效果最显著。

研究人员进一步利用CRISPR/Cas9基因编辑在人多能干细胞中敲除CIART，并分化得到野生型和CIART敲除心肌细胞，肺泡类器官，气管类器官。与野生型对照相比，CIART敲除细胞/类器官抵抗新冠病毒感染能力显著增强。scRNA-seq显示气管类器官中的多种细胞类型，尤其是纤毛样细胞在CIART敲除后对新冠病毒更不易感。研究发现，不止新冠病毒，流感病毒感染同样可以上调CIART表达水平，提示CIART可能与多种病毒感染有关。

之前的研究显示CIART基因编码调控昼夜节律的转录因子，研究人员进一步通过CUT&RUN在心肌细胞全基因组范围寻找受CIART调控的下游因子，结合CIART敲除和野生型心肌细胞的RNA-seq，ATAC-seq数据，研究人员发现CIART可以结合在NR4A1的启动子区域，影响NR4A1基因序列的染色质可及性。在心肌细胞中敲除CIART，可以下调NR4A1表达水平。这些结果表明NR4A1是受CIART调控的下游因子。有意思的是，NR4A1是在之前筛选中鉴定的影响新冠病毒感染的候选基因。功能实验证实敲除NR4A1也可以使心肌细胞，肺泡类器官，气管类器官对新冠病毒的易感性降低。

对RNA-seq数据进行信号通路富集分析发现，CIART敲除在各种细胞/类器官中抑制了RXR通路。qPCR检测发现NR4A1敲除同样下调了RXR信号通路相关基因。进一步用RXR通路的小分子抑制剂HX531和PA452处理各种细胞/类器官，同样发现新冠病毒感染被显著抑制。由于RXR通路在调控脂肪酸代谢中发挥重要作用，而已有报道显示抑制脂肪酸合成可以有效抑制新冠病毒感染，研究人员分析RNA-seq数据，发现CIART敲除或者HX531处理下调 了多个脂肪酸代谢相关基因；代谢组学分析进一步确认CIART敲除或者HX531处理下调 了多种脂肪酸的合成。

总的来说，本研究 系统分析了新冠病毒感染对人多能干细胞来源的多种细胞/类器官在转录组水平的影响，鉴定到多个影响新冠病毒感染的宿主基因，并具体研究了CIART影响新冠病毒感染的机理，揭示了CIART/NR4A1/RXR信号通路在调控新冠病毒感染中的重要作用。

汤旭明博士，薛东香博士，张拓博士，Benjamin E. Nilsson-Payant博士, Lucia Carrau博士为文章的共同第一作者；陈水冰博士，Todd Evans博士，Benjamin R. tenOever博士，Robert E. Schwartz博士为文章的共同通讯作者。段晓华博士，Miriam Gordillo博士, Adrian Y. Tan博士，邱云平博士，Jenny Xiang博士对本工作亦有重要贡献。

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原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41556-023-01095-y

制版人：十一

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