昼夜节律失调加剧寨卡病毒感染中血脑屏障破坏与线粒体功能紊乱的机制研究

本研究揭示了昼夜节律核心基因Bmal1缺失如何通过破坏血脑屏障（BBB）紧密连接蛋白（如claudin-5、occludin）和线粒体呼吸链复合体（II-IV）功能，显著加剧寨卡病毒（ZIKV）对成人脑组织的病理损伤。通过内皮细胞特异性Bmal1敲除小鼠模型结合体外屏障功能实验，首次证明昼夜节律紊乱是ZIKV感染中BBB完整性和能量代谢失调的关键调控因素，为神经病毒学与生物钟交叉领域提供新靶点。

　　

寨卡病毒（ZIKV）作为蚊媒传播的黄病毒属成员，近年来因引发胎儿小头畸形和成人吉兰-巴雷综合征等严重神经病变引发全球关注。尽管已知ZIKV可突破血脑屏障（Blood-Brain Barrier, BBB）侵袭中枢神经系统，但环境因素如昼夜节律失调如何影响这一过程尚属空白。BBB的完整性依赖于内皮细胞间紧密连接（Tight Junction, TJ）蛋白（如claudin-5、ZO-1）的精密调控，而线粒体功能障碍与病毒复制和神经炎症密切相关。更值得注意的是，生物钟核心基因Bmal1已被证实参与TJ蛋白和线粒体动力学的节律性调控，但其在ZIKV感染中的作用从未被探索。这一科学问题的破解，对理解生物钟紊乱人群的ZIKV易感性机制至关重要。

针对这一空白，美国迈阿密大学米勒医学院生物化学与分子生物学系的Timea Teglas等研究人员开展了一项创新性研究。团队通过结合体外内皮细胞基因沉默（Bmal1 siRNA）和内皮特异性Bmal1敲除小鼠（Bmal1^ECKO
）模型，首次揭示昼夜节律失调通过双重机制——TJ蛋白降解和线粒体呼吸链（Complex II-IV）功能紊乱——显著加剧ZIKV对BBB的破坏。该成果发表于《Fluids and Barriers of the CNS》，为神经病毒学与生物钟医学的交叉研究开辟了新视角。

关键技术方法
研究采用寨卡病毒Honduras株（MOI 0.01）感染人脑微血管内皮细胞（hCMEC/D3），通过siRNA沉默Bmal1基因；建立内皮特异性Bmal1敲除小鼠（Bmal1^ECKO
）并静脉注射10⁵
PFU ZIKV。主要技术包括：跨内皮电阻（TEER）和FITC-葡聚糖渗透性检测评估屏障功能；免疫印迹分析TJ蛋白（claudin-5、occludin）和线粒体动力学蛋白（DRP1^S616
、FIS1）；脑微血管分离技术结合qPCR检测病毒载量。

研究结果

ZIKV感染上调内皮细胞Bmal1蛋白表达
病毒在Vero细胞中扩增后（图1A-C），感染内皮细胞显示NS1蛋白阳性（图1E）。有趣的是，ZIKV感染本身会升高Bmal1蛋白水平（图1F），提示病毒可能劫持生物钟调控网络。

Bmal1缺失选择性破坏TJ蛋白表达
基因沉默实验显示，Bmal1缺失显著降低claudin-5、JAM-3和β-catenin的mRNA（图2），而ZIKV仅在Bmal1沉默组进一步减少claudin-5、occludin和ZO-1蛋白（图3A）。功能实验证实，仅Bmal1沉默+ZIKV组出现FITC-葡聚糖渗透性增加（图3C），表明TJ破坏具有基因特异性。

线粒体分裂-融合平衡被打破
Bmal1沉默联合ZIKV感染导致线粒体分裂蛋白MFF上调而融合蛋白OPA1下调（图4A），同时呼吸链复合体III/IV表达降低（图4B）。小鼠实验进一步发现，Bmal1^ECKO
组感染后FIS1蛋白异常降低，而复合体II-IV表达紊乱（图7B），提示生物钟调控线粒体能量代谢。

内皮Bmal1缺失不改变脑内病毒载量但加重TJ损伤
尽管Bmal1^ECKO
与野生型小鼠脑内ZIKV mRNA水平无差异（图5D），但感染后的Bmal1^ECKO
小鼠脑微血管中claudin-5、occludin、JAM-3和ZO-1蛋白均显著减少（图6），证实BBB破坏独立于病毒复制。

结论与意义
该研究首次阐明：1）昼夜节律核心基因Bmal1通过维持TJ蛋白稳态和线粒体功能，构成抵御ZIKV感染的内源性屏障；2）ZIKV感染本身可干扰生物钟蛋白表达，形成恶性循环；3）内皮细胞线粒体呼吸链复合体（特别是II-IV）是生物钟-病毒互作的关键节点。这些发现为解释轮班工作者、跨时区旅行者等生物钟紊乱人群的ZIKV神经并发症风险提供了机制基础，并为开发靶向生物钟-线粒体轴的抗病毒策略奠定理论基础。