短链脂肪酸丁酸和乙酸通过G蛋白偶联受体43/FFAR2限制寨卡病毒的复制及其相关的眼部病变

《Journal of Virology》：Short-chain fatty acids butyrate and acetate limit Zika virus replication and associated ocular manifestations via the G-protein coupled receptor 43/FFAR2

ZIKV感染中短链脂肪酸通过FFAR2受体抑制病毒复制并减轻眼部炎症，其中丁酸和乙酸效果显著，其机制涉及NF-κB/MAPK/STAT通路调控及病毒结合/入侵的阻断。

　　
本研究聚焦于短链脂肪酸（SCFAs）在抗寨卡病毒（ZIKV）感染及缓解病毒相关眼部并发症中的作用机制。短链脂肪酸是肠道菌群代谢的主要产物，包括丁酸、丙酸和乙酸等，近年来被发现具有广泛的抗病毒和调节免疫功能。然而，其对抗ZIKV感染及眼部损伤的具体机制尚未明确。研究团队通过体外细胞实验和体内小鼠模型，系统性地揭示了SCFAs（以丁酸衍生物苯丁酸和乙酸钠为代表）抑制ZIKV复制的双重机制——既通过直接灭活病毒颗粒发挥作用，又通过调控宿主免疫应答减少炎症反应和细胞死亡。

在体外实验中，利用人眼小梁网细胞（HTMCs）模型，研究发现苯丁酸（PBA）和乙酸钠（NaAc）能显著降低ZIKV的复制效率，表现为病毒包膜蛋白（E抗原）表达和病毒非结构蛋白NS3的积累减少。值得注意的是，虽然丁酸钠（NaB）也有一定抑制作用，但效果弱于PBA和NaAc。通过病毒结合与入胞实验进一步证实，SCFAs能阻断病毒与宿主细胞的结合，并抑制病毒进入细胞的过程。此外，研究首次揭示了ZIKV感染HTMCs时通过激活FFAR2受体（游离脂肪酸受体2）增强病毒复制，而SCFAs的预处理能显著上调FFAR2的表达，形成双重抑制机制：既直接灭活病毒，又通过FFAR2信号通路抑制宿主过度免疫反应。

动物实验部分创新性地采用干扰素受体缺陷型小鼠（IFNAR1?/?），模拟人类在ZIKV感染中免疫应答受限的病理状态。结果显示，PBA和NaAc的持续治疗能有效降低感染后小鼠眼压升高幅度达40%，并显著改善视网膜和色素上皮层（RPE）的病理损伤。更关键的是，通过使用FFAR2特异性抑制剂4-CMTB，实验首次证实SCFAs的抗病毒作用完全依赖于FFAR2受体介导的信号通路。当FFAR2被抑制时，SCFAs的保护效果完全消失，且病毒诱导的炎症因子和细胞凋亡水平显著升高，导致小鼠出现更严重的视网膜萎缩和青光眼样病变。

研究机制部分发现，SCFAs通过抑制NFκB/MAPK/STAT1/3信号通路，有效阻断了病毒诱导的RIG-I、MDA5等模式识别受体激活，从而减少促炎细胞因子（如IL-6、IL-1β）和干扰素相关基因（如ISG-15、OAS2）的表达。值得注意的是，实验中观察到SCFAs对STAT1/2的抑制效果存在时间依赖性差异，这可能与病毒感染的不同阶段相关。此外，通过比较不同处理时间点的病毒载量，研究揭示了SCFAs在病毒吸附阶段的阻断作用更为关键，但部分病毒在进入细胞后仍可通过激活FFAR2介导的免疫调节途径实现抑制。

在讨论部分，研究团队特别指出SCFAs的抗病毒作用具有显著的病毒特异性。例如，丁酸曾被证实会促进流感病毒、HIV等多种病毒的复制，但本实验首次证明其可通过FFAR2受体途径抑制ZIKV的复制。这种双重作用可能与SCFAs在不同病毒感染中的作用靶点差异有关。研究还发现，ZIKV感染会显著上调宿主细胞FFAR2的表达，这种表型改变可能成为病毒逃逸免疫抑制的关键机制。通过抑制FFAR2，实验组小鼠的病毒载量提升2.3倍，且眼组织中的ISG基因表达量增加50%，证实了FFAR2在抗病毒免疫中的核心地位。

临床转化方面，研究团队提出SCFAs可能成为ZIKV相关眼病的一线干预手段。由于SCFAs可通过口服补充（如发酵食品）实现，其安全性较高，但需注意不同SCFAs的效价差异。例如，苯丁酸（PBA）作为丁酸的衍生物，其脂溶性更强，更易穿透血脑屏障，可能对中枢神经系统的保护具有潜在价值。同时，研究强调了FFAR2信号通路在抗病毒免疫中的双重角色：一方面通过促进SCFA介导的免疫调节发挥作用，另一方面可能成为病毒诱导宿主免疫紊乱的调控节点。

该研究还存在若干值得深入探讨的方向。首先，SCFAs的浓度梯度对ZIKV抑制效果的影响尚未明确，特别是超过一定阈值后是否会产生毒性效应。其次，FFAR2在病毒跨细胞传播中的具体作用机制，如是否参与病毒与细胞骨架的相互作用，仍需通过结构生物学手段验证。此外，实验采用的IFNAR1缺陷小鼠模型是否完全模拟了人类孕妇感染ZIKV后的免疫状态，仍有待更多临床数据支持。

在实验设计上，研究团队采用了多维度验证策略。体外实验通过免疫荧光和Western blot定量分析病毒蛋白表达及信号通路激活状态，体内实验则结合影像学（如OCT光学相干断层扫描）和病理学评估（如眼底 fundus成像），多角度验证SCFAs的抗病毒效果。特别是通过时间序列分析发现，SCFAs在病毒感染前2小时介入可阻断80%的病毒复制，而在感染后12小时干预仍能有效抑制病毒增殖，这为开发广谱抗病毒药物提供了重要依据。

研究的应用前景主要集中于三个方面：一是开发基于SCFAs的眼部外用制剂，通过局部药物浓度维持抑制病毒复制；二是探索与疫苗联用的策略，利用SCFAs增强疫苗诱导的免疫记忆；三是针对孕妇群体，通过调节肠道菌群产生SCFAs，实现母婴传播阻断。不过，研究也指出SCFAs可能存在的局限性，例如在免疫缺陷患者中过度激活FFAR2可能引发继发感染，因此需进一步开展药代动力学和毒理学研究。

总体而言，本研究为病毒性眼病提供了新的治疗思路，其揭示的FFAR2介导的免疫调控机制可能拓展至其他RNA病毒（如埃博拉病毒、登革病毒）的抗治疗研究。未来工作可结合单细胞测序技术，解析SCFAs对眼组织不同细胞亚群（如免疫细胞、内皮细胞、神经细胞）的差异化调控作用，为精准治疗奠定基础。