病毒感染依赖宿主细胞提供其进入和复制所需的分子机制。传统观点认为，病毒感染的特异性(即嗜性)主要由宿主细胞表面是否存在相应受体决定。然而，即使在表达病毒感染必需受体(如ACE2)的同类型细胞中，低病毒暴露条件下也仅有小部分细胞会被感染，这种异质性在体内外模型中均普遍存在。由于病毒感染会迅速且显著地重塑宿主细胞状态，传统的感染后分析方法难以区分“导致细胞易感的内在状态”与“感染后引发的细胞状态改变”，因此亟需建立一种能在感染发生前识别并表征易感细胞的新方法。

方法：

①本研究采用一种名为“Rewind”的单细胞克隆追踪技术，具体流程如下：首先，利用慢病毒将独特的DNA条形码稳定整合至细胞基因组，以标记细胞的克隆谱系；随后，将带有条形码标记的Calu-3或iAT2细胞群体分为两部分，一部分在感染前进行单细胞RNA测序，以获取细胞的基线转录状态，另一部分则感染SARS-CoV-2、甲型流感病毒等病原体，再通过针对病毒基因组的单分子RNA荧光原位杂交技术结合流式细胞分选，分离出感染与未感染的细胞群体；

②通过对各组细胞进行条形码测序及匹配分析，将细胞的感染结局与其感染前的单细胞转录组状态进行精确关联。

③此外，研究还利用CRISPR-Cas9基因敲除、免疫荧光共染色、批量RNA测序技术，以及对公共人肺单细胞数据库的计算分析，对鉴定出的关键细胞状态及宿主因子进行了功能验证，并探索了其临床相关性。

结果：

①研究首先证实，细胞对病毒感染的易感性是一种可遗传的内在属性。借助Rewind技术，研究成功鉴定出对SARS-CoV-2高度易感的特定细胞状态，该状态以TIG1基因高表达为核心特征，并伴随AXL、TSPAN8、MUC20等基因的上调表达；CRISPR基因敲除实验进一步证实，这些因子对病毒感染至关重要，其中AXL和TSPAN8位于TIG1基因的上游，共同调控这一易感细胞状态的建立。②进一步分析发现，这些易感细胞仅占表达病毒受体ACE2细胞群体中的一个亚群。在非癌性iAT2细胞模型及人类肺组织单细胞数据中，均验证了TIG1高表达细胞状态的存在，以及该状态与SARS-CoV-2易感性的相关性，且该状态在特发性肺纤维化患者的特定上皮细胞中比例显著升高。

③研究还发现，甲型流感病毒偏好感染另一种截然不同的细胞状态(以KRT8和CD46基因高表达为标志)，这揭示了病毒特异性的易感细胞状态图谱。

④此外，SARS-CoV-2原始株对TIG1高表达状态细胞的依赖性显著强于奥密克戎BA.1变种，提示病毒进化可能会改变其对细胞状态的偏好性。

结论：

本研究证实，细胞群体的内在转录状态异质性是驱动单细胞水平病毒感染易感性差异的主要因素。研究利用创新的单细胞克隆追踪技术，成功鉴定出对SARS-CoV-2和甲型流感病毒具有特异性的易感细胞状态及其关键调控因子。这些易感细胞状态在人类肺部组织中真实存在，且与炎症性疾病密切相关。该研究确立了“细胞状态决定感染命运”的新范式，为深入理解病毒感染机制、预测疾病进展及开发新型抗病毒疗法提供了全新的视角和潜在靶点。