综述：病毒组介导的微生物群–肠–脑轴信号传导与神经免疫稳态调控

《Cell Communication and Signaling》：Virobiome-mediated regulation of microbiota–gut–brain axis signaling and neuroimmune homeostasis

　　

肠道–脑轴（GBA）日益被认为是一个复杂的双向通讯系统，整合了微生物、神经、内分泌和免疫网络，从而塑造神经健康。尽管细菌在该对话中的贡献已被广泛表征，肠道生态系统中的病毒组分——即病毒组（virome）——已作为与宿主生理调控相关的重要组分浮现。本综述综合了表明噬菌体（bacteriophages）和真核病毒可能促进微生物与免疫稳态，并可能影响沿微生物群–肠–脑轴信号传导的证据。在实验研究中，噬菌体已被证明可通过裂解性（lytic）和溶原性（lysogenic）周期、水平基因转移（horizontal gene transfer）及代谢调节来影响微生物群落结构，间接调控短链脂肪酸（short-chain fatty acids, SCFAs）和色氨酸衍生物等神经活性代谢物的产生，而这些代谢物已被认为与血脑屏障（blood-brain barrier, BBB）完整性相关并调节小胶质细胞活化。在观察性人体研究和实验模型中，包括EB病毒（Epstein Barr virus, EBV）和巨细胞病毒（cytomegalovirus, CMV）在内的真核病毒与全身性炎症、分子模拟（molecular mimicry）及细胞因子失调相关，从而放大与阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease, AD）、多发性硬化（multiple sclerosis, MS）、自闭症谱系障碍（autism spectrum disorder, ASD）和重度抑郁障碍（major depressive disorder, MDD）相关的神经免疫级联反应。病毒–细菌相互作用的汇聚凸显了一个塑造神经炎症张力并影响疾病易感性的跨域信号网络。新兴实验策略，包括精准噬菌体疗法、整合CRISPR抗病毒系统的工程益生菌以及粪便病毒组移植（fecal virome transplantation, FVT），正被探索作为调节病毒组–微生物组相互作用的潜在方法。多组学平台与人工智能驱动建模的整合对于阐明病毒组动态与神经功能之间的时间和机制关系至关重要。总体而言，这些见解凸显了肠道病毒组作为神经免疫平衡潜在重要贡献者的角色，并为神经退行性和神经精神疾病中微生物组指导的诊断和干预开辟了途径。因此，本综述强调了常被低估的肠道病毒组的作用，并提出一个整合性概念模型，将病毒组动态与微生物群–肠–脑轴信号传导联系起来。

肠道微生物群在肠–脑轴中的参与

细菌在产生神经递质、调节免疫以及生成短链脂肪酸（SCFAs）等代谢物方面的作用已被充分研究。例如，乳杆菌属（Lactobacillus）常见于发酵食品和益生菌制剂中，能够产生γ-氨基丁酸（GABA）等神经调节化合物，并在动物模型中显示出减少焦虑样行为的作用。双歧杆菌属（Bifidobacterium）常用于益生菌补充剂，已被证实在临床前研究中调节应激反应并增强认知功能。普拉梭菌（Faecalibacterium prausnitzii）因其产生丁酸盐（一种SCFA）的能力而具有抗炎特性，在炎症性肠病和抑郁障碍患者中常减少。大肠杆菌（Escherichia coli）的某些菌株可产生淀粉样蛋白，其在结构上可能类似于参与神经退行过程的人类淀粉样蛋白。梭菌属（Clostridium）物种可产生SCFAs，并与自闭症谱系障碍（ASD）研究相关。粪肠球菌（Enterococcus faecalis）能够合成血清素和多巴胺等神经递质。脆弱拟杆菌（Bacteroides fragilis）已被证明可调节小胶质细胞活性，并在小鼠模型中与ASD样症状相关。与细菌相比，病毒特别是噬菌体研究较少，但日益被认识到能够塑造细菌种群、影响微生物生态，并可能影响宿主免疫和行为。有尾噬菌体目（Caudovirales）在塑造肠道细菌群落组成中发挥重要作用；微小噬菌体科（Microviridae）在人类肠道中高度丰富，可能调节与代谢和神经健康相关的细菌种群；crAss噬菌体（CrAssphage）是人类胃肠道中最常见的噬菌体之一，与拟杆菌门（Bacteroidetes）成员相关。相比之下，疱疹病毒科（Herpesviridae）成员如单纯疱疹病毒1型（HSV-1）、EBV和人类疱疹病毒6型（HHV-6）可建立终身潜伏感染，并在应激或免疫受损条件下再激活，与多发性硬化（MS）和阿尔茨海默病（AD）等神经炎症疾病相关。细环病毒科（Anelloviridae）在人群中广泛存在，可能通过慢性免疫激活和全身性炎症间接影响神经免疫。小RNA病毒科（Picornaviridae）如肠道病毒和柯萨奇病毒与多种神经炎症疾病相关，能够直接感染神经组织或触发免疫介导的损伤。

病毒–细菌相互作用的类型

病毒–细菌相互作用涵盖多种机制。裂解性感染中，噬菌体感染并杀死敏感细菌细胞，导致其种群减少并改变细菌群落整体结构。溶原性中，噬菌体将遗传物质整合入细菌基因组形成前噬菌体（prophage），可通过基因转移和调控影响细菌行为。这种整合可通过水平基因转移促进细菌间遗传物质的交换，包括与毒力或代谢相关的基因。噬菌体编码的毒力因子在某些情况下可增强宿主细菌的致病潜力，例如某些大肠杆菌菌株中的志贺毒素。此外，噬菌体可影响生物膜形成，通过分解现有生物膜或促进其稳定性，显著影响共生菌和致病菌在不同环境中的定植行为。

噬菌体介导的细菌行为调节

噬菌体影响细菌群体感应、运动性和次级代谢产物产生，这些均影响宿主–微生物相互作用。细菌群体感应通过化学通讯实现群落协调行为，有助于维持肠道内不同细菌物种间的生态平衡。例如，特异性噬菌体对黏液降解菌阿克曼菌（Akkermansia muciniphila）的裂解可能影响黏液层完整性和免疫暴露。阿克曼菌利用宿主黏蛋白作为唯一营养来源，产生乙酸盐和丙酸盐等SCFAs，发挥抗炎和免疫调节作用，并通过与双歧杆菌和乳杆菌的交叉互养支持微生物多样性。新兴证据表明阿克曼菌在调节肠–脑轴中的作用，其SCFA产生和表面蛋白Amuc_1100在MS和AD临床前模型中显示出神经保护和抗神经炎症效应。

真核病毒和噬菌体对细菌的间接影响

巨细胞病毒（CMV）和EB病毒（EBV）已被报道可促进炎症性细胞因子反应并诱导炎症性细胞因子释放，从而改变细菌生长和代谢。CMV通过模式识别受体（PRRs）包括Toll样受体（TLRs）和胞内传感器被识别，激活NF-κB等转录因子，释放TNF-α、IL-6和IFN-γ等促炎细胞因子。在肠黏膜中，CMV感染上皮细胞、巨噬细胞和树突状细胞，触发局部细胞因子产生，可能破坏肠上皮屏障，增加通透性，允许脂多糖（LPS）等细菌成分进入血液循环，形成"肠漏"，进而放大全身炎症信号。CMV诱导的肠道免疫变化可改变肠道微生物组成，导致失调，并通过迷走神经、细胞因子穿越血脑屏障（BBB）等途径影响中枢神经系统，诱导神经炎症。EBV感染B淋巴细胞和上皮细胞，在记忆B细胞中建立终身潜伏感染，可在免疫抑制或生理应激条件下再激活。EBV可能通过影响肠道相关淋巴组织（GALT）和常驻微生物群调节肠–脑轴。EBV驱动的慢性免疫激活可能增加肠道通透性，允许LPS进入全身循环。EBV蛋白如EBNA1与中枢神经系统宿主蛋白如GlialCAM存在结构相似性，可能导致交叉反应性免疫应答，分子模拟机制在MS等中枢神经系统自身免疫疾病中具有重要意义。EBV感染引起的免疫状态变化可能间接改变肠道细菌的组成和功能，例如减少产生抗炎代谢物SCFAs的有益微生物如普拉梭菌。EBV再激活期间升高的TNF-α和IL-6等促炎细胞因子可作用于自主神经系统特别是迷走神经，或通过缺乏完整血脑屏障的特殊区域进入大脑，激活小胶质细胞，影响行为、认知和情绪。

连接病毒–细菌串扰与大脑的机制

神经通路

迷走神经是微生物信号传递至脑干和下丘脑的主要通道，作为连接肠道与大脑的直接神经通路，其传入纤维持续监测肠道环境，响应微生物代谢物、免疫介质和肠内分泌细胞释放的激素信号。短链脂肪酸（SCFAs）如丁酸盐和丙酸盐已被证明可调节迷走神经信号传导，影响情绪、认知和自主神经调节。IL-1β和TNF-α等免疫分子可激活迷走神经，启动抗炎反射或神经炎症反应。胆碱能抗炎反射通过传出纤维释放乙酰胆碱，在脾脏中与α7烟碱受体结合抑制巨噬细胞活化，抑制TNF-α和IL-1β等促炎细胞因子的释放。然而在慢性微生物失衡条件下，这一保护性胆碱能机制可能被压倒，与持续性神经炎症、胶质细胞活化和神经退行过程相关。肠神经系统（ENS）作为"第二大脑"可自主调节胃肠功能，对微生物输入高度响应，包括细菌产生的GABA和血清素等神经递质，以及调节神经元兴奋性和突触传递的代谢物。噬菌体通过选择性捕食显著改变细菌群落结构，间接影响ENS活性和肠道生理，对宿主免疫、神经信号传导和最终脑功能产生下游影响。

免疫信号通路

噬菌体颗粒和细菌细胞壁成分是先天免疫系统的有效激活剂，主要通过PRRs如Toll样受体（TLRs）、NOD样受体（NLRs）、RIG-I样受体（RLRs）、C型凝集素受体（CLRs）和胞质DNA传感器（如cGAS）发挥作用。TLR4最著名的是识别革兰氏阴性菌外膜主要成分LPS，但也响应其他外源配体包括某些病毒蛋白和噬菌体衍生分子。TLR4通过MyD88依赖性通路快速激活NF-κB和MAP激酶，导致IL-6、IL-1β和TNF-α等促炎细胞因子转录；TRIF依赖性通路诱导干扰素调节因子（IRFs）的延迟但持续激活，促进I型干扰素产生。TLR9检测细菌和病毒基因组中丰富的未甲基化CpG DNA基序，通过MyD88依赖性通路信号传导，导致NF-κB活化和促炎细胞因子及I型干扰素表达。NF-κB信号通路作为TLR4和TLR9激活的中枢枢纽，在静息状态下被IκB蛋白隔离于细胞质，受体刺激后经磷酸化事件导致IκB降解，允许NF-κB转位至细胞核启动炎症、免疫和细胞存活相关基因转录。在微生物失调背景下，循环中TLR4和TLR9激动剂水平显著升高，可导致全身性炎症。这些细胞因子通过室周器官和内皮信号通路穿越血脑屏障，激活脑实质内常驻胶质细胞，启动神经炎症级联反应。活化的小胶质细胞向促炎M1表型转变，释放额外细胞因子、趋化因子和活性氧，导致突触功能障碍、神经元损伤和血脑屏障破坏。