Nature Communications | 底骞团队揭示PM2.5暴露促进SARS-CoV-2感染的分子机制

自新冠疫情暴发以来，SARS-CoV-2持续对全球公共卫生造成深远影响。除感染带来的住院和死亡风险外，SARS-CoV-2还可能导致长期症状、反复感染及持续性的健康负担。与此同时，细颗粒物PM_2.5作为全球最重要的环境健康风险因素之一，广泛来源于燃料燃烧、交通排放、工业活动及复杂的大气化学过程，可对呼吸系统、心血管系统和神经系统造成多维度危害。SARS-CoV-2感染与PM_2.5暴露均对人类健康造成严重的健康威胁，而环境因素如何影响病毒感染，已成为后疫情时代的重要科学问题。

近年来，越来越多流行病学研究提示，PM_2.5暴露可能与COVID-19相关的不良结局有关，包括感染、住院和死亡风险升高。已有研究还表明，PM_2.5不仅可能损伤呼吸系统、诱导免疫和炎症反应，还可能作为病毒载体增加病毒负载，甚至促进病毒进入和复制。然而，尽管PM_2.5与SARS-CoV-2风险升高相关这一现象已在群体层面得到关注，其背后的分子机制仍缺乏系统性解释：PM_2.5究竟通过哪些细胞通路、关键基因和基因-环境互作，影响宿主对病毒的易感性，仍是一个悬而未决的问题。

2026年3月30日，清华大学卫健学院底骞副教授、山东第一医科大学（山东省医学科学院）医学科技创新中心刘思金/董政团队Nature Communications期刊在线发表了题为“AI-guided multi-omics analysis identifies NPC1-modulated susceptibility to SARS-CoV-2 infection under PM_2.5 exposure”的研究成果。该研究提出了用单细胞转录组基础模型建模PM_2.5暴露的分子相应，并结合全基因组关联研究（GWAS）、多维度的组学数据和细胞暴露实验，揭示了基因组变异rs1788783和NPC1对PM_2.5暴露促进SARS-CoV-2感染的调控作用。

针对这一问题，本研究建立了一个AI驱动的多组学整合分析框架。研究团队首先利用微调的单细胞转录组基础模型，识别出PM_2.5暴露与SARS-CoV-2感染之间共享的转录组特征和通路信号；随后结合UK Biobank人群数据开展流行病学分析，验证PM_2.5暴露与SARS-CoV-2感染风险增加之间的正相关关系；进一步通过GWAS和功能基因组学分析，锁定了NPC1和RMC1附近的关键遗传位点，并重点识别出NPC1作为重要调控因子。体外实验进一步表明，携带病毒的PM_2.5可增强感染过程，而抑制NPC1表达或敲除相关调控位点后，病毒复制明显下降。综合这些证据，研究提出：PM_2.5可能作为病毒载体促进其经非受体依赖性的内吞方式进入细胞，并通过NPC1调控的内吞-溶酶体通路增强SARS-CoV-2的感染效率。

本研究的亮点在于从分子、细胞、遗传到人群多个层级，系统搭建了从关联发现到机制验证的证据链。首先，研究将AI基础模型引入环境暴露与病毒感染研究，为复杂转录组网络中关键生物学信号的识别提供了新工具；其次，研究整合单细胞组学、流行病学、GWAS、eQTL、孟德尔随机化和体外功能实验，实现了跨尺度验证；此外，研究提出NPC1介导的基因-环境互作机制，为解释空气污染如何提高病毒感染易感性提供了新的分子框架；最后，该工作也提示，空气质量治理不仅关系慢性疾病防控，也可能与未来呼吸道传染病防控和公共卫生预警密切相关。

综上，本研究利用AI与多组学整合策略，首次系统揭示了PM_2.5可能通过NPC1调控的内吞-溶酶体通路增强SARS-CoV-2感染易感性的分子机制。

清华大学万科公共卫生与健康学院底骞副教授、山东第一医科大学医学科技创新中心董政副教授为该研究共同通讯作者。清华大学生物医学工程学院博士生冯国庆为该研究第一作者