COVID-19病毒样颗粒（VLPs）暴露通过调控小鼠大脑皮层神经元放电模式揭示神经病理机制

本研究针对SARS-CoV-2感染对中枢神经系统的潜在影响，利用病毒样颗粒（VLPs）模型规避活病毒研究限制，首次揭示了COVID-19相关蛋白暴露对野生型（WT）和人类tau蛋白（htau）转基因小鼠皮层神经元活动的动态调控。通过双光子显微镜纵向记录，发现VLPs可短期显著增强皮层神经元对刺激的响应（刺激诱发活动增加200%），并在htau小鼠中引发持续性自发活动异常（370%增幅），同时伴随免疫指标CCL7和皮质酮水平变化。该研究为理解COVID-19神经系统并发症提供了直接实验证据，尤其揭示了tau病理背景下的神经脆弱性机制。

　　

研究背景与意义
SARS-CoV-2感染已被证实可跨越血脑屏障引发神经系统症状，但活病毒的高传染性限制了其神经机制研究。更棘手的是，阿尔茨海默病（AD）等神经退行性疾病患者感染后往往出现更严重的认知障碍，提示tau蛋白病理可能与病毒效应存在交互作用。传统研究面临两大瓶颈：一是缺乏安全可靠的病毒替代模型，二是难以动态观察神经元活动的时序变化。

研究设计与技术方法
美国研究团队创新性采用表达SARS-CoV-2刺突蛋白（S）、核衣壳蛋白（N）、膜蛋白（M）和包膜蛋白（E）的病毒样颗粒（VLPs），通过腹腔注射（IP）建立小鼠模型。采用双光子显微镜（TPLSM）纵向记录11-13月龄野生型（WT）和htau转基因小鼠初级体感（S1）与运动皮层（M1）神经元活动，结合免疫指标检测（Luminex多因子检测）。关键技术包括：1）优化VLP剂量（0.3μg/只）以平衡免疫激活与应激反应；2）jGCaMP7s钙成像标记神经元活动；3）后肢电刺激范式分析刺激诱发反应；4）SpikeML算法解析动作电位。

研究结果

基线活动差异
htau小鼠自发活动神经元比例显著低于WT（p=0.018），但刺激诱发反应中"调谐神经元"比例更高（p=0.002）。S1区在WT小鼠中表现出更强的自发活动（p=0.02）和刺激响应特异性。

短期效应
VLP暴露1周内：

• WT小鼠刺激响应幅度增加105%（M1）至200%（S1）（p<0.01）
• htau小鼠自发活动神经元比例激增55%，放电率升高370%（p<0.001）
• 两类小鼠均出现刺激响应神经元比例升高（htau组达92±7%）

长期效应
6周追踪显示：

• WT组刺激响应幅度维持高于基线（p<0.05）
• htau组自发活动虽部分恢复，仍显著高于对照组（p<0.01）
• 免疫指标CCL7持续抑制，皮质酮仅在高剂量组（1μg）升高

讨论与结论
该研究首次证实SARS-CoV-2结构蛋白可通过非感染途径扰动神经网络功能，其效应呈现tau基因型依赖性：htau小鼠表现出更广泛的自发活动紊乱和对注射应激的高敏感性，印证了AD患者对COVID-19并发症的易感性。发现VLPs可诱发持续数周的神经活动模式改变，为"长期COVID"的神经机制提供了动物模型基础。技术层面，建立0.3μg VLP剂量标准（CCL7↓但皮质酮不变）为后续研究提供关键参数。研究局限性包括htau小鼠样本量较小（n=3-6）和未解析特定脑区差异机制。论文发表于《Communications Biology》，为开发神经保护策略和风险人群预警提供了新靶点。