人脑细胞类型塑造宿主-狂犬病毒转录互作图谱揭示预先存在的促病毒星形胶质细胞亚群

本研究通过单细胞RNA测序技术解析野生型与突变型狂犬病毒(RABV)在人类神经元-胶质细胞共培养体系中的转录互作特征。研究人员发现病毒磷酸蛋白(P)和基质蛋白(M)对干扰素(IFN)和NF-κB信号通路的抑制会显著影响病毒转录水平，特别是在一类独特的"促病毒"星形胶质细胞亚群中表现最为显著。该研究为理解神经嗜性病毒的细胞类型特异性感染机制提供了新见解。

　　

在神经科学和病毒学交叉领域，狂犬病毒(RABV)作为典型的神经嗜性病原体，其与宿主细胞的互作机制仍存在诸多未解之谜。传统观点认为病毒通过抑制宿主先天免疫系统实现持续感染，但不同脑细胞类型对感染的响应差异及其分子基础尚不明确。更关键的是，病毒蛋白如何动态调控宿主转录程序以促进自身复制，这一过程是否存在细胞类型特异性仍缺乏系统研究。

为回答这些问题，Lena Feige和Karl Young等研究者设计了一项创新性实验。他们采用来自人干细胞分化的神经元、星形胶质细胞和小胶质细胞共培养体系，分别用野生型泰国分离株RABV(Tha)及其突变体Tha2P4M（丧失干扰素和NF-κB信号抑制能力）进行感染，通过单细胞RNA测序(scRNA-seq)在单细胞分辨率下解析宿主和病毒基因组的转录互作特征。该研究发表在《Cell Reports》杂志，揭示了脑细胞类型如何塑造病毒转录景观，并发现了一类独特的"促病毒"星形胶质细胞亚群。

研究主要运用了三种关键技术：1)人干细胞分化的神经元、星形胶质细胞和小胶质细胞共培养系统模拟人脑微环境；2)携带eGFP报告基因的Tha病毒株及其2P4M突变体（W265G/M287V突变削弱P蛋白功能，R77K/D100A/A104S/M110L突变破坏M蛋白功能）的病毒感染模型；3)高通量单细胞RNA测序结合生物信息学分析，包括感染状态分类模型、差异表达分析和随机森林回归等算法。

研究结果部分包含以下重要发现：

"Discerning infection states and host cell types from scRNA-seq data"部分，研究人员建立了基于期望最大化的感染状态分类模型，准确区分了感染细胞和未感染的"旁观者"细胞。在共培养系统中，神经元和星形胶质细胞各占约47%，小胶质细胞约占6%。值得注意的是，小胶质细胞几乎完全抵抗RABV感染，而神经元和星形胶质细胞表现出不同程度的易感性。

"Tha2P4M mutations double viral mRNA load without major alterations to cell-type-specific viral gene expression"部分显示，与预期相反，2P4M突变使病毒mRNA负荷翻倍，特别是在星形胶质细胞亚群中观察到异常高的病毒转录水平(>15%)。病毒基因表达并不严格遵循基因组顺序(N-P-M-G-L)，而是受宿主细胞类型影响，例如L mRNA在神经元中的水平是星形胶质细胞的两倍。

"Tha RABV infection induces a cell-type-conserved pro- and anti-viral transcriptional response involving a small number of genes"部分鉴定出60个差异表达基因，包括已知促病毒因子DYNLL1/DYNLL2、HSPA8和长链非编码RNA NRAV的上调，以及干扰素信号组分STAT1、IRF9等的下调。这些变化在神经元和星形胶质细胞中高度保守。

"Tha2P4M mutations unmask an astrocyte-specific transcriptional response to infection"部分发现，2P4M突变在星形胶质细胞中触发445个基因的差异表达，远多于神经元的15个基因。这些基因主要富集于先天免疫应答、病毒感染和干扰素刺激基因(ISG)通路，揭示了星形胶质细胞在解除免疫抑制后的独特响应能力。

"A pro-viral human astrocyte sub-population supports high viral mRNA load and is decoupled from typical host cell transcriptional feedback through a massive alteration in RNA levels"部分鉴定出一类转录特征独特的"促病毒"星形胶质细胞亚群(约占总数的5%)。这类细胞表现出：1)病毒mRNA负荷异常高(平均13.8%)；2)DYNLL1表达与病毒负荷的转录耦合关系解离；3)TLR信号通路、蛋白翻译和线粒体呼吸相关基因的广泛重编程。

"Identification of pro-viral cluster 2-like astrocytes in the human brain"部分通过对82,634个正常人脑单核RNA测序数据的分析，发现约1/2,200的星形胶质细胞具有类似的"促病毒"特征，表明这种状态可能独立于病毒感染存在。

"Transcriptional analysis identifies major cell-autonomous and nonautonomous functional changes of pro-viral astrocytes"部分揭示促病毒星形胶质细胞的独特功能特征：1)细胞间通讯能力整体下降，但特定配体(如IL34、VCAM1)表达增加；2)NF-κB和即刻早期基因(IEG)转录因子激活；3)蛋白翻译和氧化磷酸化相关基因表达改变。

"Microglia indirectly respond to infection of other cell types through ISGs potentiated by 2P4M mutations"部分显示小胶质细胞虽抵抗感染，但通过干扰素刺激基因(ISG)的梯度表达响应微环境变化，且这种响应在2P4M突变条件下更为显著。

研究结论部分指出，这项工作系统描绘了RABV P和M蛋白的先天免疫抑制如何塑造宿主和病毒基因组的转录互作特征。主要创新点包括：1)发现病毒免疫抑制的意外功能是限制自身转录，特别是在特定星形胶质细胞亚群中；2)揭示宿主通过可被病毒"劫持"的负反馈系统(如DYNLL1)动态调控促病毒因子产生；3)鉴定出预先存在的"促病毒"星形胶质细胞状态，其可能通过产生病毒RNA免疫刺激环境同时限制感染性病毒颗粒产生来平衡抗病毒防御。这些发现为理解神经病毒感染的细胞类型特异性提供了新框架，并为靶向宿主因子的抗病毒策略开发指明了方向。