在《Nature》期刊发表的这篇文章中，来自德国的科研团队研究了蝙蝠基因组，以揭示其对病毒耐受性和疾病抵抗力的适应机制。蝙蝠被认为携带的动物源性病毒比其他任何哺乳动物都多，但感染后大多无症状，表明其组织损伤性炎症和免疫病理有限。Bat1K项目生成了十种蝙蝠物种的参考级基因组，这些物种可能是病毒的宿主。研究表明，蝙蝠的免疫基因选择特征比其他哺乳动物更为普遍，尤其是在蝙蝠祖先分支及其后代中，突出了病毒进入和检测因子以及抗病毒和炎症反应的调节因子。研究发现，ISG15基因在某些蝙蝠中发生了关键残基变化，这与其对SARS-CoV-2的强抗病毒活性有关。研究揭示了蝙蝠在病毒耐受性和疾病抵抗力方面的分子机制。蝙蝠是唯一能够进行主动飞行的哺乳动物，并且具有如回声定位和非凡长寿等显著的适应性特征。它们被认为是多种病毒的天然宿主，其中一些病毒能够跨越物种屏障并引发人畜共患病。研究表明，蝙蝠体内的冠状病毒分布尤为广泛，已在21个蝙蝠科中的15个科中检测到。在人类中，冠状病毒和其他人畜共患病毒可导致严重的炎症反应、呼吸衰竭和多器官衰竭，而蝙蝠的感染大多无症状。这表明蝙蝠已经进化出不同的免疫反应机制，能够有效限制炎症因子的表达，从而减少免疫病理损伤。蝙蝠基因组分析揭示了可能增强其抗病毒疾病能力的免疫系统变化，例如病毒进入和先天免疫因子的选择，自然杀伤细胞受体和I型干扰素基因的差异，以及经典NF-κB信号通路的促炎调节因子的选择和缺失。此外，蝙蝠缺乏炎性小体激活的PYHIN基因，并且其炎性小体系统对多种免疫刺激的反应普遍减弱。由于主动飞行需要高代谢率，而快速代谢的副产物会激活免疫系统，因此蝙蝠可能已经进化出更高的病毒耐受性作为对抗飞行诱导的无菌性炎症的免疫适应的副产品。通过对蝙蝠基因组的综合分析，研究人员希望更好地理解蝙蝠在病毒耐受性和疾病抵抗力方面的基因组基础。研究发现，蝙蝠在免疫基因上的选择特征比其他哺乳动物更为显著，尤其是在蝙蝠的祖先分支和许多后续分支中。研究揭示了蝙蝠在病毒入侵和检测因子、抗病毒和炎症反应调节因子上的基因适应性。特别是，ISG15基因在某些蝙蝠中表现出关键残基的变化，这些变化与COVID-19期间的超炎症有关。实验显示，蝙蝠的ISG15在抗病毒功能上具有物种特异性差异，并且与人类不同，蝙蝠的ISG15对SARS-CoV-2具有强大的抗病毒活性。研究通过对115个哺乳动物基因组的系统分析，发现蝙蝠在免疫基因上的选择特征显著，尤其是在蝙蝠的祖先分支和后续分支中。研究揭示了蝙蝠在病毒入侵和检测因子、抗病毒和炎症反应调节因子上的基因适应性。ISG15基因在某些蝙蝠中表现出关键残基的变化，这些变化与COVID-19期间的超炎症有关。实验显示，蝙蝠的ISG15在抗病毒功能上具有物种特异性差异，并且与人类不同，蝙蝠的ISG15对SARS-CoV-2具有强大的抗病毒活性。这些发现揭示了蝙蝠在病毒耐受性和疾病抵抗方面的分子机制。
免疫基因的选择：研究发现，蝙蝠的免疫基因在进化过程中经历了显著的正选择，特别是在抗病毒和炎症调节方面。这表明蝙蝠可能通过调节免疫反应来限制病毒感染引起的炎症，从而避免组织损伤。这一发现为开发新型抗病毒疗法提供了潜在的靶点。
ISG15基因的作用：ISG15基因在蝙蝠中呈现出独特的遗传变异，表现出强烈的抗SARS-CoV-2活性。这与人类中该基因在COVID-19导致的过度炎症中所起的作用形成对比。这提示我们可以从蝙蝠ISG15的功能中汲取灵感，开发新的抗病毒药物，尤其是在对抗冠状病毒方面。
炎症反应的调节：蝙蝠的免疫系统能够有效抑制炎症反应，避免因免疫过度活跃导致的病理损伤。这一机制可能为人类治疗自体免疫疾病和其他炎症相关病症提供新思路。
抗病毒机制的多样性：蝙蝠不同种类之间的ISG15基因抗病毒活性存在显著差异，这表明即便在同一类动物中，抗病毒机制也可能具有高度的多样性。这一发现提示我们在研究抗病毒基因时，需要考虑物种特异性，避免以偏概全。
总之，这项研究不仅加深了我们对蝙蝠免疫系统的理解，也为人类应对病毒感染提供了新的视角和潜在的治疗策略。这些揭示有助于开发更有效的抗病毒药物和疫苗，并可能为人类疾病的免疫调节治疗提供新方法。1. 数据生成：Bat1K项目生成了十种蝙蝠的参考基因组，以分析蝙蝠如何适应病毒耐受性和疾病抵抗力。2. 比较分析：研究涵盖了115个哺乳动物基因组，通过比较蝙蝠和其他哺乳动物的免疫基因选择特征，发现蝙蝠祖先和多个后代分支中免疫基因的适应性选择显著，这些基因涉及病毒进入、检测和抗病毒反应的调节。3. 基因功能分析：通过分析基因的选择信号，研究确定了免疫相关基因在蝙蝠中最为丰富，尤其是在与病毒入侵相关的基因上。4. 实验验证：研究通过细胞感染实验显示了蝙蝠特异的抗病毒差异，特别是在ISG15基因的作用上，与人类不同，某些蝙蝠种类的ISG15对SARS-CoV-2具有强烈的抗病毒活性。
5. 生物信息学分析：利用高质量的基因组装和基因选择屏幕，研究揭示了蝙蝠在免疫系统方面的独特适应性变化。
图1：蝙蝠和啮齿动物的基因组学洞察
Figure 1 展示了对蝙蝠和啮齿动物中冠状病毒的检测结果，以及新蝙蝠基因组组装的完整性和准确性分析。
A. 为了分析冠状病毒在啮齿动物和蝙蝠中的分布，作者检测了来自冠状病毒科的病毒在啮齿动物（左）和蝙蝠（右）中的百分比。结果显示，饼图的大小与病毒序列的数量成比例，未显示病毒序列少于50的饼图。
B. 为了进一步分析冠状病毒在不同蝙蝠科中的分布，作者检测了冠状病毒在不同蝙蝠科中的百分比。结果显示，不同蝙蝠科中冠状病毒的分布差异。
C. 为了评估新蝙蝠基因组组装的连续性，作者使用N(x)图展示了组装中至少有x%由特定大小的contig组成的contig大小。结果显示，新蝙蝠组装（实色线）按contig N50排序。
D. 为了评估新蝙蝠基因组组装的连续性，作者使用N(x)图展示了组装中至少有x%由特定大小的scaffold组成的scaffold大小。结果显示，新蝙蝠组装（实色线）按contig N50排序。
E. 为了评估基因组组装的完整性和准确性，作者使用TOGA推断了每个组装中18,430个祖先胎盘哺乳动物基因的状态。结果显示，缺失序列的基因过多（灰色）表明组装完整性较低，而失活突变（如过早终止密码子、移码、剪接位点破坏和外显子或基因缺失；橙色）过多表明碱基准确性较低。
F. 为了确定新测序物种的系统发育位置，作者使用16,860个直系同源基因的外显子比对重建了50种蝙蝠覆盖12个科的时间树。结果显示，新的Bat1K基因组以橙色文本标出。
结论：通过对蝙蝠和啮齿动物中冠状病毒的分布分析、新蝙蝠基因组组装的完整性和准确性评估，以及新测序物种的系统发育位置确定，研究揭示了蝙蝠和啮齿动物的基因组学特征。
图2：哺乳动物系统发育中的功能富集和免疫选择信号
Figure 2 展示了在哺乳动物不同分支中，基因的功能富集和免疫选择信号，旨在揭示不同哺乳动物分支中正选择基因的功能特征和免疫系统相关基因的选择压力。
A. 为了研究哺乳动物不同目中正选择基因的功能富集，作者对所有高层次的GO生物过程进行了测试。结果显示，仅展示在至少一个目中显著富集的术语。彩色单元格表示在多重检验校正后显著富集的结果。
B. 作者使用线性回归模型展示了分支上正选择基因数量与分支长度平方根之间的显著相关性。灰色阴影区域表示95%的置信区间。
C. 在115种哺乳动物的系统发育树中，每个分支的免疫选择信号通过回归模型计算得到。分支根据观察到的和预期的正选择“免疫系统过程”基因数量的差异进行颜色编码。新Bat1K基因组以红色文本显示。哺乳动物目祖先分支的观察到的数量在括号中显示。
D-E. 分别展示了GO“免疫系统过程”的直接子术语（D）及其子术语（E）的富集情况。
结论：该图揭示了哺乳动物不同分支中正选择基因的功能富集特征，并通过免疫系统相关基因的选择压力展示了不同分支的免疫选择信号。
Figure 3 旨在探讨ISG15突变对病毒感染的影响。
A. 为了分析ISG15在不同哺乳动物中的保守性，作者展示了ISG15功能重要残基的序列比对，结果显示这些残基在哺乳动物中具有较高的保守性。
B. 为了研究ISG15突变对其二聚体形成的影响，作者在HEK293-ΔISG15细胞中过表达Myc标记的野生型和突变型ISG15，并通过免疫印迹检测，结果显示不同突变型ISG15在二聚体形成上存在差异。
C. 通过对ISG15免疫印迹的定量分析，作者发现不同突变型ISG15在二聚体形成上的差异具有统计学意义。
D-G. 为了评估ISG15突变对病毒输出的影响，作者在不同细胞系中表达ISG15构建体，并通过TCID50或其替代方法（结晶紫吸光度）测量病毒输出。结果显示，VSV-GFP、H1N1 PR8 IAV、HCoV-229E和SARS-CoV-2感染的病毒输出在不同ISG15构建体中存在显著差异。
H. 为了研究ISG15与SARS-CoV-2 PLpro的相互作用，作者在HEK293-ΔISG15细胞中共转染ISG15和SARS-CoV-2 PLpro，并通过免疫印迹定量分析，结果显示PLpro的存在显著降低了ISG15的结合。
I. 通过定量分析PLpro切割后的ISG15结合，作者发现PLpro的存在导致细胞中ISG15结合的减少，表明发生了去ISG化作用。
J. 通过检测PLpro切割后释放到上清液中的ISG15，作者发现感染前上清液中未检测到ISG15，表明ISG15的释放与PLpro切割相关。
K. 通过对ISG15切割和释放到上清液中的免疫印迹进行定量分析，作者在对数尺度上展示了这些变化，结果表明PLpro切割显著影响ISG15的释放。
结论：ISG15的特定突变影响其二聚体形成和病毒感染过程中的功能，SARS-CoV-2 PLpro能够通过去ISG化作用影响ISG15的结合和释放。
Figure 4 为了研究ISG15构建体对病毒产量的影响，作者在不同细胞系中进行了病毒感染实验。
A. 为了研究ISG15构建体对H1N1 PR8流感病毒（IAV）感染的影响，作者在A549细胞中进行了实验。通过在Vero-E6细胞上进行噬斑实验，测定了A549细胞上清液中的病毒产量。结果显示，与空载体（IRES–mCherry）对照相比，ISG15构建体显著降低了病毒产量。
B. 为了研究ISG15构建体对HCoV-229E感染的影响，作者在稳定表达ANPEP的HEK293细胞中进行了实验。通过在Huh7细胞中测定TCID50，评估了病毒产量。结果表明，ISG15构建体显著降低了病毒产量。
C. 为了研究ISG15构建体对SARS-CoV-2感染的影响，作者在稳定表达ACE2的A549细胞中进行了实验。通过在Vero76细胞中测定TCID50，评估了病毒产量。结果显示，与空载体对照相比，ISG15构建体显著降低了病毒产量。
D. 为了研究ISG15构建体中去除ISG15结合位点的突变体对SARS-CoV-2感染的影响，作者使用了野生型（WT）和LRGG>LRAA ISG15突变体。结果表明，去除ISG15结合位点的突变体显著降低了病毒产量。
结论：ISG15构建体在不同细胞系中均能显著降低病毒产量，且去除ISG15结合位点的突变体也能降低SARS-CoV-2的病毒产量。
