基于粪便-脑组织代谢组学联合分析揭示黄病毒通过肠脑轴入侵中枢神经系统的关键机制

本研究针对登革病毒(DENV)、日本脑炎病毒(JEV)和寨卡病毒(ZIKV)三种黄病毒感染引起的中枢神经系统入侵机制不明的问题，通过非靶向液相色谱-质谱(LC-MS)代谢组学技术，首次对感染小鼠的粪便和脑组织进行联合分析。研究发现氨基酸代谢和脂质代谢在肠道显著紊乱，脑组织中脂质代谢和嘌呤代谢异常，特别是鞘氨醇1-磷酸(S1P)可能是黄病毒通过肠脑轴(GBA)入侵中枢的关键介质，为开发非侵入性预测神经侵袭风险的生物标志物提供了理论基础。

　　

每年有数百万人受到蚊媒黄病毒感染的影响，其中登革病毒(DENV)、日本脑炎病毒(JEV)和寨卡病毒(ZIKV)引起的神经系统并发症尤为严重。然而，这些病毒入侵中枢神经系统的确切机制尚不清楚，临床上也缺乏快速准确预测神经侵袭风险的方法。肠脑轴(GBA)作为连接消化系统和中枢神经系统的双向通讯网络，可能在病毒神经侵袭过程中扮演重要角色，但这一领域在黄病毒感染背景下仍属空白。

首都医科大学的研究人员创新性地采用非靶向液相色谱-质谱(LC-MS)代谢组学平台，对DENV、JEV和ZIKV感染小鼠的粪便和脑组织进行平行分析。这项发表在《BMC Microbiology》的研究首次揭示了黄病毒感染通过调控宿主代谢网络促进神经侵袭的分子机制，特别是发现了鞘氨醇1-磷酸(S1P)作为潜在的关键介质，为开发基于粪便代谢组学的非侵入性神经侵袭预测方法奠定了重要基础。

研究采用6周龄雌性BALB/c小鼠，通过腹腔接种建立DENV、JEV和ZIKV感染模型，在感染后第7天采集粪便和脑组织样本。关键技术包括：1) 液氮速冻样本保存代谢物完整性；2) 50%甲醇和甲醇/水(1:1)分别提取粪便和脑组织代谢物；3) ACQUITY UPLC HSS T3色谱柱分离；4) Xevo G2-XS Q Tof质谱仪检测；5) Progenesis QI软件进行代谢物鉴定；6) MetaboAnalyst平台进行多元统计和通路分析。

研究结果显示，在粪便代谢组中，DENV、JEV和ZIKV感染分别鉴定出225、240和252种差异代谢物，氨基酸代谢和脂质代谢通路显著紊乱。特别值得注意的是，病毒蛋白中低丰度的氨基酸(如酪氨酸、组氨酸、半胱氨酸和蛋氨酸)相关代谢途径受到显著干扰，表明黄病毒可能通过调控宿主氨基酸组成来满足自身蛋白合成需求。在脑组织代谢组中，DENV和JEV感染分别鉴定出37和81种差异代谢物，脂质代谢和嘌呤代谢通路显著紊乱。其中嘌呤代谢的紊乱反映了病毒基因组复制过程，而脂质代谢变化则与黄病毒包膜的生物学功能高度相关。

通过相关性分析发现，脑组织中的5'-甲基硫代腺苷(MTA)与粪便中的S1P呈现显著正相关。MTA水平下降反映病毒在脑内大量复制，而S1P作为调节血管屏障完整性的生物活性脂质，其水平变化提示黄病毒可能通过增强宿主对S1P的吸收，进而破坏血脑屏障促进神经侵袭。在JEV感染中，粪便中的磷脂酰乙醇胺(PE)(20:0/18:4(6Z,9Z,12Z,15Z))与脑组织中的UDP-N-乙酰-α-D-葡萄糖胺(UDP-GlcNAc)和UDP-葡萄糖(UDP-Glc)呈显著正相关，表明PE可能通过介导病毒感染的信号转导参与神经侵袭过程。

这项研究首次通过脑-粪便联合代谢组学分析，系统揭示了黄病毒感染引起的全身代谢重编程及其与肠脑轴的潜在联系。研究发现不仅从互补角度阐明了病毒感染的代谢特征，更重要的是为探索GBA在黄病毒神经侵袭中的机制作用提供了独特视角。特别值得注意的是，S1P的代谢变化强烈提示其作为黄病毒通过GBA入侵中枢神经系统的关键介质，这一发现为后续开发基于粪便代谢组学的非侵入性神经侵袭风险评估方法奠定了重要理论基础。

研究的创新性主要体现在：1) 首次对同一感染个体的脑组织和粪便样本进行平行代谢组学分析，直接比较中枢神经系统与肠道代谢物的相关性变化；2) 首次探索GBA在黄病毒感染中的潜在作用，发现S1P可能是介导神经侵袭的关键分子；3) 建立的脑感染状态与特定粪便代谢特征间的预测关联模型，为未来开发非侵入性评估方法提供了重要依据。这些发现不仅增进了对黄病毒致病机制的理解，也为临床早期预测神经系统并发症风险提供了新的思路和靶点。