西尼罗河病毒在人类神经胶质细胞中的嗜性及IFN-β/IFI6通路介导的旁观者神经元损伤机制研究

《Scientific Reports》：Role of innate immune and inflammatory signaling in West Nile virus tropism and neuronal and glial cell death

本研究针对西尼罗河病毒(WNV)导致严重神经系统疾病的机制尚不明确的问题，利用人源神经胶质细胞(hNGC)模型，揭示了WNV主要感染星形胶质细胞和少突胶质细胞，而非神经元。研究发现，尽管干扰素(IFN)信号通路有效限制了病毒在胶质细胞中的复制，但感染仍触发了强烈的炎症反应，导致包括未感染神经元在内的广泛细胞凋亡。该研究首次证实了IFI6在人类胶质细胞抗WNV反应中的关键作用，并强调了胶质细胞介导的间接损伤在WNV神经发病机制中的重要性。

　　

西尼罗河病毒(WNV)是一种由蚊子传播的病原体，虽然大多数感染者无症状，但少数病例会发展为严重的神经系统疾病，如脑炎、脑膜炎或急性弛缓性麻痹，死亡率高达10-30%。尽管WNV对全球公共卫生构成严重威胁，但目前尚无针对人类的特异性抗病毒药物或疫苗。因此，深入理解WNV如何入侵并损伤人类大脑，对于开发有效的治疗策略至关重要。

长期以来，科学家们普遍认为神经元是WNV在脑内的主要靶细胞，而胶质细胞（如星形胶质细胞和少突胶质细胞）则通过释放促炎因子在控制病毒复制和加剧神经炎症中扮演着“双刃剑”的角色。然而，这些认知大多来源于小鼠模型或非生理相关性的细胞系研究。由于物种间免疫反应和细胞通路的差异，这些发现可能无法完全反映WNV在人类大脑中的真实情况。因此，建立一个能够准确模拟人类大脑复杂细胞环境的体外模型，对于揭示WNV神经发病机制的真实面貌具有迫切需求。

为了填补这一空白，来自法国国家农业、食品与环境研究所(INRAE)等机构的研究团队在《Scientific Reports》上发表了一项研究。他们利用人源神经祖细胞(hNPC)分化而来的神经元/胶质细胞(hNGC)模型，系统性地探究了WNV的细胞嗜性、先天免疫和炎症反应，以及由此引发的病理生理学后果。这项研究不仅验证了先前在非人类模型中的发现，更重要的是，它揭示了一系列关于WNV如何损伤人类大脑的新机制。

关键实验方法

本研究主要采用了人源神经祖细胞(hNPC)分化而来的神经元/胶质细胞(hNGC)模型，该模型包含约70%的神经元、20-30%的星形胶质细胞和5%的少突胶质细胞。研究人员使用三种不同谱系的WNV毒株（NY99、Fr2015、Fr2018）感染细胞，通过免疫荧光染色、高内涵成像分析、病毒滴度测定(TCID₅₀)和RT-qPCR等技术，系统评估了病毒的感染、复制和细胞损伤情况。此外，研究还利用蛋白芯片和RT-qPCR分析了细胞因子和趋化因子的表达谱，并通过使用IFN-β、JAK抑制剂ruxolitinib以及siRNA基因敲低等技术，深入探究了干扰素(IFN)信号通路及其下游效应分子IFI6在抗病毒反应中的作用。

研究结果

1. 人类脑细胞可被WNV感染但能有效控制病毒传播

研究人员发现，尽管WNV能够成功感染hNGC并产生感染性病毒颗粒，但病毒的传播受到了严格限制。感染后24小时，病毒复制达到峰值，随后迅速下降，到感染后7天，感染细胞的比例和上清液中的病毒滴度均显著降低。这一现象在三种不同的WNV毒株中均得到证实，表明人类脑细胞具有强大的内在能力来限制WNV的复制和扩散。

2. WNV主要感染人类星形胶质细胞和少突胶质细胞，而非神经元

与普遍认知相反，该研究发现WNV在hNGC中表现出明显的细胞嗜性。尽管神经元在培养物中占绝大多数，但它们对WNV感染表现出惊人的抵抗力，几乎检测不到病毒抗原或双链RNA(dsRNA)信号。相反，星形胶质细胞和少突胶质细胞是WNV的主要靶细胞，在感染后24小时，分别有约13.6%和11.5%的细胞被感染。这一发现挑战了“神经元是WNV主要靶细胞”的传统观点，并首次在类原代人类细胞模型中证实了WNV对少突胶质细胞的感染能力。

3. WNV诱导胶质细胞和神经元的死亡

尽管病毒传播受到限制，但WNV感染对hNGC造成了严重的损伤。感染后7天，星形胶质细胞和少突胶质细胞的数量分别减少了约49%和30%。令人惊讶的是，尽管神经元本身未被感染，但其细胞面积减少了37%，部分毒株甚至导致了显著的神经元死亡。进一步的研究发现，这种广泛的细胞损伤与凋亡密切相关，因为所有三种细胞类型中都观察到了裂解的caspase-3(C3A)阳性信号。这表明WNV不仅通过直接感染杀死胶质细胞，还通过间接机制导致了未感染神经元的“旁观者”死亡。

4. WNV在人类神经元/胶质细胞中诱导炎症反应

为了探究导致细胞损伤的机制，研究人员分析了感染后细胞因子的表达谱。结果显示，WNV感染显著上调了多种促炎因子的表达，包括CCL5/RANTES、CXCL10、TNFα、IL6和TRAIL。这些因子不仅能够招募免疫细胞，其中一些（如TNFα、IL6、TRAIL和CXCL10）还具有直接的神经毒性。因此，胶质细胞感染后释放的炎症因子很可能是导致未感染神经元损伤的关键原因。

5. I型干扰素信号通路在胶质细胞中限制WNV复制，但不参与神经元的抗感染能力

研究人员发现，WNV感染能够诱导hNGC产生强烈的I型干扰素(IFN)反应，上调干扰素刺激基因(ISG)的表达。当使用JAK抑制剂ruxolitinib阻断内源性IFN信号通路后，星形胶质细胞和少突胶质细胞中的WNV感染率急剧上升，分别达到80.7%和88.5%。然而，即使在IFN信号被抑制的情况下，神经元仍然保持对WNV感染的抵抗。这表明，IFN信号通路是胶质细胞控制WNV复制的关键机制，而神经元的抗感染能力则依赖于IFN非依赖性的、目前尚不明确的限制因子。

6. IFI6是人类胶质细胞中抗WNV反应的关键效应分子

为了进一步阐明IFN信号通路中的具体效应分子，研究人员将目光投向了IFI6（干扰素α诱导蛋白6）。通过siRNA敲低IFI6的表达，研究人员发现，胶质细胞对WNV感染的易感性显著增加，上清液中的病毒基因组RNA也相应升高。这首次在人类胶质细胞中证实了IFI6是限制WNV复制的关键效应分子。

结论与讨论

这项研究利用一个生理相关性高的人类脑细胞模型，对WNV的神经发病机制进行了全面而深入的剖析，得出了几个颠覆性的结论。

首先，研究挑战了“神经元是WNV主要靶细胞”的传统观点。在hNGC模型中，神经元表现出对WNV的显著抵抗力，而星形胶质细胞和少突胶质细胞则成为病毒的主要靶标。这种神经元抗性并非由IFN信号通路介导，而是可能源于细胞分化过程中获得的、目前未知的限制因子。这一发现解释了为什么在人类患者中，WNV感染呈现出区域特异性，即只感染特定类型的神经元。

其次，研究揭示了WNV导致神经损伤的双重机制。一方面，病毒通过直接感染导致胶质细胞死亡；另一方面，感染后的胶质细胞释放出大量的促炎因子（如TNFα、IL6、TRAIL和CXCL10），这些因子具有神经毒性，能够导致未感染神经元的“旁观者”死亡。这种间接损伤机制在WNV神经发病机制中扮演了重要角色。

最后，研究首次在人类胶质细胞中证实了IFI6在抗WNV反应中的关键作用。IFI6作为IFN信号通路下游的重要效应分子，是胶质细胞限制病毒复制的关键执行者。

综上所述，该研究不仅为理解WNV如何损伤人类大脑提供了新的视角，也为开发针对WNV神经疾病的新疗法指明了方向。未来的治疗策略或许不应仅仅局限于抑制病毒复制，还应考虑如何调控胶质细胞介导的炎症反应，以保护神经元免受“旁观者”损伤。