综述：JC多瘤病毒通过血脑屏障的神经侵袭：当前的认识与新兴观点

《Tumour Virus Research》：JC Polyomavirus Neuroinvasion across the Blood-Brain Barrier: Current Understanding and Emerging Perspectives

JCPyV通过血脑屏障的三种潜在机制及体外模型优化策略研究，提出病毒可能通过单核细胞迁移、紧密连接间隙传递或跨细胞转运进入中枢神经系统的假说，并探讨现有BBB模型的局限性及改进方向。

　　### 病毒与血脑屏障：JC多瘤病毒（JCPyV）的神经侵入机制

JC多瘤病毒（JCPyV）是一种非包膜的二十面体结构、双链DNA病毒，属于多瘤病毒科（Polyomaviridae）家族。这种病毒在人群中具有较高的感染率，据统计，约60%的美国人口曾感染过非致病性的JCPyV原型株。然而，JCPyV在免疫功能受损的人群中可能引发严重的神经系统疾病——进行性多灶性白质脑病（PML）。PML是一种导致脑白质脱髓鞘病变的疾病，通常具有高发病率和死亡率。目前，PML的诊断往往是在患者已经出现不可逆的神经病变之后才被确认，因此，了解JCPyV如何进入大脑并引发PML，对于开发早期诊断方法和预防性治疗具有重要意义。

JCPyV的神经侵入机制仍然是一个未解的科学问题。尽管已知该病毒在PML患者的死后脑组织中可以在血管内皮细胞中检测到其DNA，但其如何穿越血脑屏障（BBB）进入中枢神经系统（CNS）的机制尚未完全明确。血脑屏障是大脑与外界环境之间的重要物理和生理屏障，由内皮细胞、周细胞和星形胶质细胞的终足组成，其主要功能是防止有害物质和病原体进入大脑。然而，一些研究发现，JCPyV可以在某些条件下穿过这一屏障，尤其是在免疫系统功能下降的情况下。

JCPyV的神经侵入可能涉及多种机制，包括“特洛伊木马”（diapedesis）途径、旁细胞途径（paracellular passage）以及跨细胞途径（transcytosis）。这些机制并非彼此排斥，而是可能在不同情况下协同作用。例如，“特洛伊木马”途径指的是病毒通过与免疫细胞（如B细胞）结合，利用这些细胞的迁移能力进入大脑。JCPyV可能通过与B细胞结合，借助其进入大脑的能力，从而避开血脑屏障的限制。而旁细胞途径则涉及到血脑屏障的破坏，如炎症因子（如TNF-α、IFNγ、IL-1β）对内皮细胞的破坏作用，导致屏障通透性增加，使病毒得以进入大脑。跨细胞途径则是病毒直接通过内皮细胞的内吞作用进入，并在细胞内部转运至细胞核进行复制和组装，最终释放到脑组织中。

### 血脑屏障的结构与功能

血脑屏障是由内皮细胞、周细胞和星形胶质细胞的终足构成的多细胞结构，其主要功能是维持大脑的稳定环境，防止有害物质和病原体进入大脑。内皮细胞通过紧密连接形成选择性通透的屏障，调节物质的进出。此外，内皮细胞还表达多种主动运输蛋白，如ATP结合盒（ABC）家族成员，这些蛋白能够将外源性物质排出体外。星形胶质细胞的终足则包围着内皮细胞，提供结构支持并分泌调节因子，以维持内皮细胞的功能。周细胞则有助于维持血管的稳定性，并调节内皮细胞的紧密连接蛋白表达。

近年来，研究发现JCPyV可能通过与周细胞结合进入中枢神经系统。在某些PML患者的死后脑组织中，JCPyV的DNA可以在血管内皮细胞中检测到，而脱髓鞘病变通常出现在血管周围。这一现象表明，JCPyV可能通过某种机制在血管内皮细胞中积累，并随后扩散至周围脑组织。此外，一些研究表明，JCPyV病毒样颗粒（VLPs）可以完整地穿过小鼠的血脑屏障，并在脑组织中积累，进一步支持了JCPyV神经侵入的可能性。

### JCPyV的神经侵入机制

JCPyV的神经侵入可能涉及三种主要机制：1）“特洛伊木马”途径，即病毒通过与免疫细胞（如B细胞）结合，利用其迁移能力进入大脑；2）旁细胞途径，即在血脑屏障受损的情况下，病毒通过细胞间隙进入大脑；3）跨细胞途径，即病毒直接通过内皮细胞的内吞作用进入，并在细胞内部完成复制和组装。这三种机制并非互斥，而是可能在不同的情况下共同作用，使得JCPyV能够成功侵入大脑。

“特洛伊木马”途径的机制较为复杂。JCPyV可能通过与B细胞结合，借助这些细胞的迁移能力进入大脑。然而，B细胞是否支持JCPyV的复制仍存在争议。一些研究显示，B细胞可以携带JCPyV，但它们在体外并不能有效支持病毒的复制。此外，某些免疫调节药物（如那他珠单抗和利妥昔单抗）虽然可以抑制B细胞的迁移，但同时也与PML的发生相关，这表明B细胞可能只是JCPyV进入大脑的载体，而非主要的复制场所。

旁细胞途径则依赖于血脑屏障的完整性。当炎症因子破坏内皮细胞的紧密连接时，屏障的通透性增加，使得病毒能够通过细胞间隙进入大脑。例如，某些研究发现，TNF-α、IFNγ和IL-1β等炎症因子可以增加JCPyV的进入能力。然而，这种机制是否是JCPyV侵入大脑的唯一途径，仍需进一步研究。

跨细胞途径则涉及病毒直接通过内皮细胞的内吞作用进入。JCPyV可以通过多种内吞途径（如网格蛋白介导的内吞作用、 caveolae介导的内吞作用和巨胞饮作用）进入内皮细胞，并在细胞内部完成复制和组装。研究发现，JCPyV在体外可以利用这些内吞途径穿越血脑屏障，进入脑组织。此外，一些研究还表明，JCPyV可能通过与外泌体（EVs）结合，借助这些细胞外囊泡的运输能力进入大脑。这种机制可能在某些情况下成为JCPyV进入中枢神经系统的有效途径，尤其是在LSTc受体不表达的细胞中。

### 当前研究的挑战与未来方向

尽管JCPyV的神经侵入机制已被广泛研究，但目前的研究仍面临一些挑战。例如，体外血脑屏障模型（如Transwell模型）虽然能够模拟部分屏障功能，但其结构和动态特性仍无法完全反映生理环境。Transwell模型通常采用静态的单层内皮细胞，缺乏三维结构和流动环境，导致其在模拟病毒神经侵入时存在局限性。此外，这些模型的屏障完整性（如TEER值）通常低于体内屏障，限制了其在研究JCPyV侵入机制时的应用。

为了更准确地模拟JCPyV的神经侵入过程，研究者们正在探索更先进的体外模型，如器官芯片（Organ-on-a-chip, OOAC）和自组装球体（spheroid）。OOAC模型能够模拟血脑屏障的三维结构和动态环境，提供更真实的屏障功能。而自组装球体模型则通过细胞自组织形成更接近体内环境的结构，支持更复杂的细胞间相互作用。这些模型在研究JCPyV的神经侵入机制方面具有更大的潜力，但仍需进一步优化以提高其在体外实验中的适用性。

### 未来研究的展望

为了更深入地理解JCPyV的神经侵入机制，未来的研究所需关注几个关键方向。首先，需要进一步研究JCPyV在不同细胞类型中的感染能力，特别是内皮细胞、周细胞和星形胶质细胞。其次，需要探索不同免疫状态下的JCPyV侵入机制，例如在免疫抑制和免疫恢复状态下的差异。此外，还需关注JCPyV在体外模型中的表现，特别是其与不同屏障模型的相互作用。

另一个重要的研究方向是开发更精确的体外模型，以模拟血脑屏障的生理特性。这包括引入流动环境、三维结构以及更真实的细胞间相互作用。通过这些改进，研究者可以更准确地评估JCPyV的神经侵入能力，并探索其在不同病理条件下的传播机制。此外，还需进一步研究JCPyV在体外模型中的基因表达和复制能力，以确定其是否能够在内皮细胞中进行有效复制，或者只是作为运输工具进入大脑。

总之，JCPyV的神经侵入机制是一个复杂且多样的过程，涉及多种可能的途径。未来的研究应结合先进的体外模型，以更全面地揭示JCPyV如何穿越血脑屏障，并在中枢神经系统中引发PML。这不仅有助于提高对JCPyV的科学认识，也为开发更有效的诊断和治疗方法提供了理论基础。