《Brain, Behavior, & Immunity - Health》：Voluntary wheel running behavior is reduced by SARS-CoV-2 S1 administration and mitigates hypothalamic neuroinflammatory processes
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严重急性呼吸综合征冠状病毒2型（SARS-CoV-2）感染后急性后遗症（PASC）是COVID-19的主要公共卫生后果。持续的PASC症状影响多个生理系统，包括神经系统。PASC的病因尚不清楚；然而，脑介导的症状可能源于失调的神经炎症过程。研究人员此前报道，在
严重急性呼吸综合征冠状病毒2型（SARS-CoV-2）感染后急性后遗症（PASC）是COVID-19的主要公共卫生后果。持续的PASC症状影响多个生理系统，包括神经系统。PASC的病因尚不清楚；然而，脑介导的症状可能源于失调的神经炎症过程。研究人员此前报道，在大鼠脑池内（ICM）给予SARS-CoV-2刺突（S）1抗原可诱导行为改变、延长神经炎症并降低脑皮质酮。免疫挑战引发的不适当神经炎症会抑制包括自主转轮运动（VWR）在内的动机行为，并扰乱昼夜节律。因此，本研究检验了S1减少VWR距离并改变昼夜活动模式的假设。鉴于规律体力活动可减轻炎症的证据，研究人员还确定了VWR是否能减弱S1的神经炎症效应。雄性Sprague-Dawley大鼠被饲养于带有锁定（久坐）或解锁（VWR）转轮的笼中。12天后，大鼠接受ICM S1或对照处理，并在不受干扰的情况下记录VWR长达17天。与对照组相比，S1处理的大鼠跑动较少，并表现出昼夜VWR模式紊乱。ICM注射后18天，久坐S1处理的大鼠（而非VWR大鼠）表现出下丘脑IL1β、MhcII、Tlr2和Tlr4基因表达的持续升高。相反，VWR S1处理的大鼠（而非久坐S1处理的大鼠）在注射后18天下丘脑皮质酮升高。综上，脑内S1可产生PASC的行为症状和长期神经炎症。尽管S1后总跑动距离减少，但VWR足以阻断神经炎症基因的持续上调。脑皮质酮可能参与S1和VWR的影响。
**论文解读：SARS-CoV-2 S1蛋白减少自主转轮运动并减轻下丘脑神经炎症**
**一、研究背景与问题**
COVID-19康复后，约10%的患者出现长期持续的综合征，即SARS-CoV-2感染后急性后遗症（PASC），俗称“长新冠”。PASC的症状涉及多系统，其中神经系统症状包括认知障碍、疲劳、运动不耐受、劳力后不适以及昼夜活动节律紊乱。患者体力活动显著下降，例如有研究显示PASC患者体力活动不足的概率增加57%，44.7%的患者自诊断后活动量减少。然而，这些行为症状背后的神经机制尚不明确。
既往研究提示，SARS-CoV-2抗原（如S1蛋白）可穿越血脑屏障进入脑实质，触发不当的神经炎症。研究人员先前发现，雄性大鼠经脑池内（ICM）注射S1抗原后，可观察到类似焦虑的行为、睡眠紊乱、自然状态下活动减少，且脑内炎症因子表达持续升高，同时脑和血清皮质酮水平降低。皮质酮具有抗炎作用，其减少可能使炎症失控。此外，规律体力活动已知能减轻神经炎症，而自主转轮运动（VWR）是一种非应激性、具有内在奖赏性的活动，常用于评估运动动机和昼夜节律。因此，本研究旨在检验两个假设：（1）S1会减少VWR距离并扰乱其昼夜模式；（2）VWR能够减轻S1诱导的下丘脑神经炎症，并可能通过调节脑皮质酮发挥保护作用。
**二、研究方法概述**
研究使用雄性Sprague-Dawley大鼠（Envigo，印第安纳波利斯），单笼饲养于12小时光暗循环下。实验分为久坐组（SED，转轮锁定）和VWR组（转轮解锁），每组再随机接受S1（1.0 μg）或对照（PBS）的ICM注射。实验第0天解锁VWR组转轮，记录12天基线跑动后，于第12天进行ICM注射，继续记录VWR行为17天，至第30天处死动物取脑。主要技术方法包括：使用VitalView系统记录转轮圈数并换算为距离；应用ClockLab软件分析昼夜节律参数（峰相位、谷相位、开始时间、结束时间）；采用实时荧光定量RT-PCR检测下丘脑神经炎症相关基因（IL1β、MhcII、Nlrp3、Tlr2、Tlr4）表达，以Actb为内参，用2
-ΔΔCT法计算相对表达量；采用ELISA检测下丘脑皮质酮蛋白水平。统计方法包括重复测量方差分析、双因素方差分析、曲线下面积（AUC）分析和事后检验。
**三、主要研究结果**
**3.1 S1减少VWR距离**
与对照组相比，S1注射组大鼠在整个实验期间的总跑动距离显著降低，且这种减少在注射后第7天才出现，并持续至实验结束（第30天）。以基线百分比分析显示，S1组在注射后1周起跑动距离显著低于对照组，AUC分析也证实两组间存在显著差异。这表明S1诱导的运动量下降具有延迟出现和持续存在的特点，不同于脂多糖（LPS）等急性免疫刺激引起的快速而短暂的病态行为。
**3.2 S1改变VWR的昼夜节律模式**
进一步分析VWR的昼夜节律发现，S1注射导致跑动峰值（acrophase）和谷值（bathyphase）发生显著延迟。S1组动物的峰值时间平均从21:52延后至22:49（移位6.13%），谷值从09:51延后至10:58（移位15.27%），而对照组几乎无变化。此外，S1还导致跑动开始时间（onset）显著延后（从17:45延后至19:05，移位9.41%），但对结束时间（offset）无显著影响。AUC分析确认了这些节律参数的显著改变。这表明S1不仅降低运动量，还扰乱昼夜节律的时间结构。
**3.3 VWR对S1诱导的下丘脑神经炎症的影响**
在注射后18天，检测下丘脑神经炎症基因表达。结果显示，注射和活动状态对IL1β、MhcII、Nlrp3、Tlr2和Tlr4的表达存在显著交互作用。事后分析表明，在久坐S1组中，IL1β、MhcII、Tlr2和Tlr4的表达显著高于VWR S1组，而Nlrp3在两组间无显著差异。具体而言，久坐S1大鼠的下丘脑表现出持续的小胶质细胞致敏和激活标志物上调，而VWR组则完全阻断了这种上调。这说明即使S1导致总跑动距离下降，已有的运动习惯仍能有效抑制神经炎症的持续存在。
**3.4 VWR对下丘脑皮质酮的影响**
下丘脑皮质酮水平同样存在显著的注射×活动状态交互作用。注射后18天，VWR S1组大鼠的下丘脑皮质酮水平显著高于久坐S1组，而久坐S1组与久坐对照组相比仅有降低趋势。这表明VWR能够逆转S1引起的脑皮质酮降低，甚至使其升高，可能因此增强皮质酮介导的抗炎作用。
**四、讨论与结论**
本研究表明，脑内给予S1蛋白可导致大鼠自主运动减少和昼夜节律紊乱，并在久坐动物中引发持续的小胶质细胞致敏（以IL1β、MhcII、Tlr2、Tlr4上调为标志）。这种延迟出现且持续存在的运动减少模式不同于典型的急性病态反应，更类似于PASC患者的运动不耐受和疲劳。VWR虽然未能阻止S1引起的运动量下降，但足以完全阻断神经炎症基因的持续上调，并提高下丘脑皮质酮水平，提示运动可能通过恢复脑内糖皮质激素的抗炎功能来对抗S1的病理效应。
研究还发现，久坐S1组在18天后脑皮质酮呈下降趋势，而VWR组则升高，这与临床观察到的PASC患者低皮质醇血症及其与疲劳的关联一致。脑内皮质酮而非外周皮质酮可能在维持神经炎症和动机行为中起更直接的作用。此外，S1引起的神经炎症可能通过削弱奖赏相关神经环路（如多巴胺系统）而导致运动动机下降，而运动激活的奖赏环路和皮质酮信号可能共同参与保护机制。
**五、研究意义与限制**
该研究首次建立了S1诱导的PASC相关行为表型（运动减少、昼夜节律紊乱）与神经炎症之间的因果关系，并证明自主运动能够作为非药物干预手段阻断神经炎症的持续。这为理解PASC的脑机制和开发运动康复策略提供了动物实验依据。但也存在局限性：仅使用雄性大鼠，未涉及雌性；未进行机制性操控；动物未真正感染SARS-CoV-2，仅给予单一抗原；麻醉和安乐死方法可能影响神经炎症终点。尽管如此，结果支持循环中的S1抗原足以进入脑内引发长期神经炎症，并提示规律的体力活动可能通过恢复脑皮质酮水平来缓解PASC的脑介导症状，为未来针对运动不耐受的康复干预提供了理论基础。
