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为探究结核分枝杆菌（Mtb）穿越血脑屏障（BBB）及 HIV-1 对结核性脑膜炎（TBM）发病机制的影响，研究人员利用体外 BBB 模型，分析 Mtb±HIV-1 感染对中枢神经系统（CNS）细胞及 BBB 功能的作用，发现 Mtb 可穿透 BBB，HIV-1 加剧部分效应，为治疗提供方向。
在全球公共卫生领域，结核病（TB）与艾滋病（AIDS）如同两道沉重的阴影，长期威胁着人类健康。结核性脑膜炎（TBM）作为结核病中最凶险的类型，常常引发严重的神经损伤与高死亡率，而 HIV-1 合并感染更会使患者预后雪上加霜。然而，结核分枝杆菌（Mycobacterium tuberculosis, Mtb）究竟如何突破血脑屏障（Blood-Brain Barrier, BBB）入侵中枢神经系统（Central Nervous System, CNS），以及 HIV-1 在这一过程中扮演何种角色，长期以来始终是困扰科学界的谜题。解开这些谜团，对于揭示 TBM 的发病机制、开发针对性治疗策略至关重要。
为了攻克这一科学难题，英国弗朗西斯?克里克研究所（The Francis Crick Institute）的研究人员开展了一项具有突破性的研究。他们构建了体外血脑屏障模型，并利用人类周细胞、星形胶质细胞、内皮细胞和小胶质细胞等多种细胞类型，深入探究 Mtb 单感染及 Mtb 与 HIV-1 共感染对中枢神经系统细胞功能和血脑屏障完整性的影响。这项研究成果发表在《Journal of Neuroinflammation》上，为理解 TBM 与 HIV-1 共感染的病理机制带来了新的曙光。
研究人员采用了多种关键技术方法来开展研究。首先，构建了包含人脑血管内皮细胞（hCMEC/D3）、周细胞、星形胶质细胞和小胶质细胞的体外 BBB 模型，该模型能够模拟血脑屏障的结构和功能。其次，运用流式细胞术检测细胞对 Mtb 的易感性及细菌在细胞内的生长情况；利用 xCELLigence 系统评估病毒和细菌的细胞毒性；通过比色法检测细胞代谢活性和活性氧（Reactive Oxygen Species, ROS）释放；采用荧光法测定细胞外谷氨酸浓度；运用 Luminex 技术分析炎症反应；通过定量 PCR 检测内质网应激相关基因表达。此外，研究中使用了 RFP 标记的 Mtb H37Rv 菌株以及 VSV-G 假型 HIV-1 病毒，并对细胞进行了相应的感染处理和培养。
研究结果
1. HIV-1 感染对 Mtb 在中枢神经系统细胞内的进入和生长的影响
流式细胞术分析表明，HIV-1 预感染显著促进了 Mtb 进入周细胞和星形胶质细胞，对小胶质细胞的促进作用较弱，而对内皮细胞无明显影响。尽管 Mtb 更倾向于进入未感染 HIV-1 的细胞，但在 HIV-1 感染的周细胞和内皮细胞中，Mtb 的生长显著增强。例如，在周细胞中，HIV-1 Bal 和 VSV-G 假型 HIV-1 共感染均导致 Mtb 的平均荧光强度（MFI）显著升高。
2. HIV-1 感染对 Mtb 诱导的血脑屏障通透性和 Mtb 转运的影响
通过检测葡聚糖 - 罗丹明 B 的扩散发现，Mtb 感染后 2 天和 6 天，血脑屏障通透性显著增加，而 HIV-1 感染对屏障完整性的影响可忽略不计。然而，在感染后 2 天，HIV-1 Bal 共感染显著增加了穿过 BBB 模型的 Mtb 浓度，提示 HIV-1 在感染早期促进了 Mtb 的转运。
3. Mtb 和 HIV-1 感染对中枢神经系统细胞单层完整性和紧密连接表达的影响
xCELLigence 系统实时监测显示，Mtb 感染显著降低了所有细胞类型的阻抗，表明细胞单层完整性受损。HIV-1 单独感染仅降低星形胶质细胞和周细胞的阻抗，而共感染在周细胞中表现出更严重的损伤。尽管 Mtb 感染未显著改变内皮细胞紧密连接蛋白（ZO-1、JAM-A、Occludin、Claudin-5）和黏附连接蛋白（VE-Cadherin）的转录水平，但 VE-Cadherin 表达有轻微下降趋势。
4. Mtb±HIV 感染对线粒体代谢活性和活性氧（ROS）释放的影响
MTS assay 显示，除内皮细胞在 Mtb 和 HIV-1 共感染时线粒体代谢活性略有下降外，其他细胞未受显著影响。ROS 检测表明，Mtb 感染可诱导所有 CNS 细胞释放 ROS，在周细胞和小胶质细胞中尤为显著，而 HIV-1 感染未进一步增加 ROS 释放。
5. Mtb 感染对未折叠蛋白反应（UPR）的影响
定量 PCR 结果显示，Mtb 感染诱导了 CNS 细胞中 XBP1 的剪接和 CHOP 转录水平的升高，表明激活了内质网应激的 IRE1α 和 PERK 通路。HIV-1 共感染在小胶质细胞和周细胞中进一步增强了这种效应，提示内质网应激与感染的严重程度相关。
6. 共感染对星形胶质细胞增生的影响
通过检测补体 3（C3，神经毒性星形胶质细胞标记物）和 S100A10（神经保护标记物）的表达，发现 Mtb 感染显著诱导 C3 表达增加，HIV-1 Bal 共感染进一步加剧了这一效应，表明 HIV-1 通过旁效应加重了神经毒性星形胶质细胞的形成，而 S100A10 表达未受显著影响。
7. Mtb 感染对谷氨酸浓度的影响
在 BBB 模型和单细胞培养中，Mtb 感染显著增加了细胞外谷氨酸浓度，在星形胶质细胞和小胶质细胞中尤为明显，而 HIV-1 感染未产生额外影响。这一结果与 TBM 患者脑脊液中谷氨酸水平升高的临床观察一致，提示谷氨酸介导的兴奋性毒性可能在神经损伤中起重要作用。
8. Mtb 和 HIV-1 感染对可溶性介质分泌的影响
Luminex 分析显示，Mtb 感染诱导了 IL-1β、IL-6、IL-8、IP-10 等炎症因子的分泌，HIV-1 共感染在部分细胞类型中轻度增强了这些效应。主成分分析（PCA）表明，细胞类型是决定炎症反应差异的关键因素，Mtb 的影响显著大于 HIV-1。
研究结论与讨论
本研究揭示了 Mtb 能够直接穿透血脑屏障，通过感染中枢神经系统细胞（如星形胶质细胞、周细胞、内皮细胞和小胶质细胞）并在其中复制，导致细胞毒性、血脑屏障通透性增加和神经炎症反应。HIV-1 感染虽不直接破坏血脑屏障，但通过促进 Mtb 进入特定细胞类型（如星形胶质细胞和周细胞）并增强其在部分细胞中的生长，加剧了感染的病理过程。
研究发现，Mtb 感染诱导了氧化应激、内质网应激和星形胶质细胞神经毒性表型的转变，同时导致谷氨酸积累和炎症因子释放，这些机制共同促进了神经损伤和脑膜炎的发生。值得注意的是，尽管 Mtb 感染未显著下调紧密连接蛋白的基因表达，但其通过旁细胞和跨细胞途径穿透血脑屏障的双重机制，为理解 TBM 的发病提供了新视角。
该研究的重要意义在于，不仅阐明了 Mtb 和 HIV-1 在中枢神经系统感染中的相互作用机制，还为开发针对血脑屏障保护、氧化应激调控和神经炎症抑制的新型治疗策略提供了实验依据。例如，靶向内质网应激通路或调节谷氨酸稳态可能成为减轻 TBM 神经损伤的潜在方向。此外，研究中建立的体外 BBB 模型为进一步研究中枢神经系统感染的病理机制和药物筛选提供了有力工具。
总之，这项研究填补了 Mtb 穿越血脑屏障机制及 HIV-1 对 TBM 影响的知识空白，为改善 TBM 患者，尤其是 HIV-1 合并感染患者的预后奠定了重要的科学基础，具有显著的临床转化潜力和公共卫生意义。
