COVID-19自2019年12月末爆发以来,已经深刻改变了人类的生产、生活方式。截止2021年3月27日,全球已有超过一亿人感染新冠肺炎,死亡人数更是高达270万。COVID-19是由SARS-CoV-2冠状病毒感染引起的肺炎。在过去的二十年里,冠状病毒曾导致了两次大规模的流行病,包括SARS和MERS,其中SARS-CoV与SARSCoV-2的氨基酸序列有约80%的一致性。这两种病毒都可以利用ACE2及TMPRSS2作为受体入侵宿主细胞。目前已经知道,感染了SARS-CoV的患者其睾丸组织细胞受到了严重的损坏,支持细胞、生殖细胞中Ig G高表达。然而,SARS-CoV-2对睾丸组织的作用和潜在影响尚有待探索。生殖系统的感染和炎症是男性不育症主要的病因之一,多种微生物,包括:细菌,病毒和原生动物,都能感染男性的生殖道,损害男生的生殖力。微生物病原体可能通过直接与精子的相互作用产生有害影响,包括:精子减少,精子活力降低。目前已经有研究提示新冠病毒可能感染睾丸组织,影响正常的精子发生过程。那么病毒具体又会影响哪些细胞类型?病毒受体在不同细胞的表达水平究竟如何?病毒入侵宿主细胞后受影响的基因,其异常的表达调控究竟是如何实现的?这一系列问题对于了解SARSCoV-2的作用机理都具有重要的价值,值得我们进行深入的探究。本研究针对的SARSCoV-2靶向基因由两个部分的基因组成即:332个在宿主细胞内与SARS-CoV-2病毒基因组互做的蛋白所对应的基因及SARS-CoV-2受体基因。我们首先利用睾丸组织的单细胞测序在不同细胞类型中对SARS-CoV-2的受体ACE2进行明确的定量,此外,在不同年龄段对ACE2表达率进行了比较。接着,针对SARS-CoV-2靶向基因在精子发生过程中的不同细胞类型进行了多组学的调控分析。最后,针对特定细胞类型的交互修饰进行了分析。具体的过程和结果如下:1.精子发生过程中ACE2的表达及分布情况通过研究我们发现,不同单细胞数据集结果显示:睾丸组织的细胞都可以被划分为约12种细胞类型,主要包括4种体细胞类型,8种与精子发生相关的生殖细胞类型。在这些细胞类型中:支持细胞,间质细胞和精原干细胞中表达ACE2基因的细胞比例更高。在针对不同年龄段男性的研究可以发现:30岁男性拥有最高的ACE2表达率,20岁男性的ACE2表达比例相对较低而60岁男性的比例最低。这表明ACE2表达水平可能与年龄密切相关。2.精子发生过程中病毒靶向基因的多组学调控首先,根据基因的表达状况,我们对睾丸组织中的不同细胞类型进行了聚类。结果发现,相对于体细胞来说,精子发生过程相关的每一种细胞cluster,其自身表达相关性较高且病毒靶向基因在其中的表达水平相对较高。这些基因主要参与了细胞蛋白质翻译调控的过程,这种功能与细胞分裂增殖密切相关。之后,我们对粗线期精母细胞和圆形精子细胞中的SARS-CoV-2靶向基因做了组蛋白修饰的分析。结果表明,活性组蛋白H3K4me1,H3K27ac,H3K4me在病毒靶向基因启动子的修饰水平更高,而H3K27me3则没有明显区别。这表明,病毒靶向基因的表达水平也受到了组蛋白修饰的差异调控。其次,我们开展了染色质开放可及性分析。结果发现,相比于精子,在精原细胞中,这些病毒靶向基因启动子检测到了明显的染色质开放性区域。此外,我们发现这些基因启动子处的染色质开放区域含有多种与精子发生相关的转录因子,包括:GATA1,LEF1,MYC,NRF1,SP1,TCF7。在精子中,结合位点染色质开放的病毒靶向基因中,相关转录因子包括:ZNF263,HOXD10,FOXA1。然后,我们从DNA甲基化角度进行了进一步的分析。根据启动子DNA甲基化水平,可以将SARS-CoV-2靶向基因划分成为3类:高甲基化基因,中等甲基化基因,低甲基化基因。此外,我们还进一步发现,H3K4me1和DNA甲基化水平呈现出一种“跷跷板”动态模式,即:DNA甲基化程度高的启动子H3K4me1修饰水平低;DNA甲基化程度低的启动子H3K4me1修饰水平高。最后,我们发现病毒靶向基因也具有独特的miRNA调控特点。结果表明多个miRNA与SARS-CoV-2靶向基因之间形成了紧密调控的网络。尤其是miR-34c和let-7a。前者可以诱导初级精母细胞和雄性生殖干细胞凋亡,后者的过表达可能是生精失败的一个标志。3、病毒靶向基因的协同调控我们首先聚焦于粗线期精母细胞和圆形精子细胞,研究表明:SARS-CoV-2靶向基因更多的受到了活性组蛋白修饰的协调调控,它们分别有247和191个基因启动子同时含有H3K4me1和H3K27ac修饰,这两种修饰的修饰水平处于动态的变化。基于蛋白质互做网络,我们发现有一些度大于3的特定节点对SARS-CoV-2的感染非常重要,如LARP1,BSG,EIF4H,RAE1,PRKACA。此外,我们在针对精子细胞的研究发现:甲基化程度低而活性组蛋白修饰水平高的基因,其在蛋白质互做网络中连通度越大,发挥抗病毒的可能性就越大。