猴痘病毒通过细胞间传播导致人神经类器官神经元死亡的机制研究

本研究揭示了猴痘病毒(MPXV)在人类神经组织中的感染机制，通过建立三维人神经类器官(hNOs)模型，首次证实MPXV可感染神经前体细胞(NPCs)、神经元和星形胶质细胞，并发现病毒通过神经突触进行细胞间传播，导致神经元退行性死亡。研究团队采用活细胞成像技术观察到病毒诱导的神经突触"串珠样"病变，转录组分析显示MPXV感染显著上调神经退行性相关基因。该发现为理解MPXV神经病理学提供了重要模型，证实抗病毒药物特考韦瑞(tecovirimat)可有效抑制病毒复制，为临床治疗MPXV相关脑炎提供了实验依据。

　　

2022-2023年全球爆发的猴痘疫情引发了科学界对猴痘病毒(MPXV)神经侵袭潜力的高度关注。虽然多数MPXV感染者表现为自限性皮肤病变，但历史数据显示约3%病例出现严重神经系统并发症，包括脑炎和致死性 encephalitis。更令人担忧的是，在2022年疫情中，年轻健康患者出现神经系统症状的案例频发，尸检甚至在脑脊液中检测到MPXV DNA和特异性抗体。然而，由于缺乏合适的人类神经组织模型，MPXV如何侵入中枢神经系统、感染哪些神经细胞类型、以及导致神经元损伤的分子机制等关键问题长期悬而未决。

瑞士伯尔尼大学等机构的研究团队在《Nature Communications》发表突破性研究成果，首次利用人神经类器官(hNOs)这一革命性的三维培养系统，揭示了MPXV在人类神经组织中的感染和传播机制。研究发现MPXV不仅能高效感染多种神经细胞，还会劫持神经突触运输系统进行扩散，最终导致特征性的神经元退行性死亡。这一发现不仅填补了MPXV神经病理学研究的空白，更为开发针对性治疗方案提供了重要靶点。

研究团队采用多学科交叉的研究策略，主要技术方法包括：1) 从人多能干细胞分化构建hNOs模型，模拟人脑发育的细胞多样性；2) 应用表达mNeonGreen的MPXV重组病毒进行活细胞动态观察；3) 结合免疫荧光、电子显微镜和病毒滴定技术分析感染进程；4) 通过转录组测序揭示宿主神经细胞的全局响应；5) 评估抗病毒药物tecovirimat在神经组织中的抑制效果。所有实验均在生物安全三级(BSL-3)条件下完成，使用2022年疫情相关的MPXV clade IIb毒株。

人类神经细胞对猴痘病毒易感
通过70-110天培养的hNOs免疫表型分析，研究证实MPXV可感染SOX2⁺神经前体细胞(NPCs)、TUJ1⁺神经元和GFAP⁺星形胶质细胞。二维培养实验进一步验证了这一广谱嗜性，病毒抗原在神经元胞体和突起中均有分布。电镜观察发现典型的痘病毒形态——具有双凹核心的立方/卵圆形成熟病毒粒子，以及核周病毒工厂，证实MPXV能在神经细胞中完成完整复制周期。

猴痘病毒在神经细胞中的复制
低感染复数(MOI=0.1 TCID₅₀/cell)接种后，hNOs中的病毒载量呈指数增长。免疫荧光显示感染第2天即可检测到A27L蛋白阳性信号，第10天达到峰值，形成明显的表面感染灶。值得注意的是，病毒抗原呈簇状分布，提示细胞间传播可能。在Vero E6细胞、NPCs和神经元中的平行实验显示，虽然神经细胞的病变效应较弱，但mNG标记病毒证实了活跃的复制过程。

猴痘病毒的细胞间传播
研究首次发现MPXV能通过神经突触进行传播。电镜捕捉到病毒粒子在富含细胞骨架的管状突起中的运输过程，免疫共定位证实这些突起包含TUJ1⁺神经突和F-actin⁺ tunneling nanotubes (TNTs)。活细胞成像生动展示了mNG信号沿神经突向邻近细胞的传递过程。定量分析显示，在hNOs和神经元中，细胞相关病毒滴度始终显著高于释放病毒(占比85-98%)，这种差异在神经元中尤为明显，证实神经突运输是MPXV在神经组织中的主要传播方式。

猴痘病毒感染导致神经突损伤
hNOs中观察到病毒抗原在神经突上形成规律性膨体(beading)，这种与阿尔茨海默病、缺血损伤等神经退行性疾病相关的病理特征。活细胞记录显示，膨体出现后伴随mNG信号突然消失、细胞膜起泡和收缩，最终导致神经元死亡。免疫染色发现部分膨体内存在凋亡标志物cleaved caspase-3(CC3)，但分布不均，提示可能存在多种死亡机制。

猴痘病毒破坏细胞稳态并导致突触失调
尽管qPCR检测到IFN-β、IL-6等炎症因子mRNA上调，但蛋白水平几乎检测不到，反映MPXV强大的免疫逃逸能力。转录组分析发现921个基因上调和871个下调，最显著的变化并非免疫反应，而是突触信号相关通路("trans-synaptic signaling regulation")。同时，细胞周期和基本管家功能基因普遍下调，显示MPXV对神经细胞稳态的全面破坏。

特考韦瑞治疗限制猴痘病毒在神经类器官中的传播
临床相关浓度(1μM)的tecovirimat处理使hNOs中的感染细胞数量大幅减少，细胞相关病毒载量下降19.5倍。但值得注意的是，药物虽能抑制病毒复制，却未能阻止神经突膨体的形成，提示需要联合针对神经退行性变的治疗方案。

这项研究开创性地描绘了MPXV在人类神经组织中的感染图谱，揭示其通过劫持神经突运输系统实现高效传播的独特机制。发现MPXV诱导的神经元退行性死亡与特征性膨体形成相关，为理解MPXV脑炎的病理基础提供了分子解释。虽然tecovirimat能有效抑制病毒复制，但神经损伤的持续存在提示临床治疗需要多靶点干预策略。研究建立的人神经类器官模型为未来研究其他神经嗜性病毒的发病机制提供了重要平台，相关发现对公共卫生应对MPXV疫情具有重要指导价值。