I型干扰素通过诱导NK细胞募集并限制中性粒细胞驱动的脑部神经病理，协调对寨卡病毒病的抵抗性与疾病耐受性

《Brain, Behavior, & Immunity - Health》：Type I IFN coordinates resistance and tolerance against Zika virus disease by inducing NK cell recruitment and limiting neutrophil-driven neuropathology in the brain

　　

摘要 寨卡病毒（Zika virus, ZIKV）神经系统疾病既源于病毒在中枢神经系统（central nervous system, CNS）中的直接细胞病变效应，也源于宿主驱动的神经炎症，疾病结局由抗病毒抵抗性与疾病耐受性之间的平衡所决定。I型干扰素（type I interferons, IFN-I）是公认的抗病毒介质，同时也能调节神经炎症并维持血脑屏障（blood–brain barrier, BBB）完整性。既往体外研究表明，非洲谱系ZIKV毒株MR766（ZIKVMR766）较亚洲谱系毒株PE243（ZIKVPE243）对IFN-I介导的抗病毒效应更具抵抗性，提示毒株与IFN-I的特异性相互作用可能塑造疾病结局。本研究采用脑室内（intracerebroventricular, i.c.v.）接种模型，该模型可在野生型（wild-type, WT）小鼠中实现CNS感染，并与IFNAR缺陷（IfnR-/-）动物进行比较。通过空斑实验、行为学分析、RT-qPCR、流式细胞术及抗体介导的细胞清除，评估了病毒复制、神经学结局、BBB完整性、细胞因子表达以及免疫细胞浸润及其影响。研究人员证明，IFN-I在ZIKVPE243感染期间介导抗病毒抵抗性，因为IfnR-/-小鼠表现出显著升高的病毒载量和死亡率。相反，在ZIKVMR766感染期间，病毒载量相当，但IFNAR缺陷导致神经疾病加速和死亡。致死性结局与显著的BBB破坏和中性粒细胞浸润相关，而清除中性粒细胞可降低疾病严重程度但不改变病毒载量。相反，NK细胞在WT小鼠中被优先募集至CNS，清除NK细胞可增加病毒滴度，但不改变疾病进展。综上，这些发现表明I型干扰素通过促进NK细胞募集至CNS，同时限制中性粒细胞驱动的神经炎症，协调对ZIKV感染的抵抗性与疾病耐受性。

一、研究背景与科学问题

宿主对病毒性疾病的防御不仅依赖于抵抗性机制（即控制病毒复制），还依赖于疾病耐受性策略（即限制免疫病理损伤并维持组织完整性）。寨卡病毒（Zika virus, ZIKV）通常引起轻微的发热性疾病，但自2007年疫情暴发以来，因其与急性和长期神经系统并发症的关联而成为全球公共卫生关注焦点，尤其是在垂直传播后。脑炎、脊髓炎和脑膜脑炎也见于成人患者，偶可导致死亡。ZIKV RNA和病毒颗粒已在胎儿、死产儿及成人的脑组织和脑脊液中被检测到，证明该病毒在全身感染后能够到达中枢神经系统（central nervous system, CNS），并将病毒存在与神经损伤联系起来。

I型干扰素（type I interferons, IFN-I）信号对介导抗病毒抵抗性至关重要，主要通过控制病毒复制实现。成年野生型（wild-type, WT）小鼠通常对ZIKV感染具有抵抗性，而破坏IFN-I相关信号分子则导致易感性增加、病毒复制和播散增强及致死性。除公认的抗病毒功能外，IFN-I还通过影响炎症小体活性、IL-1β产生及免疫细胞向CNS的募集来调节炎症激活和效应反应。这一调节作用提示，IFN-I信号在ZIKV感染期间可能通过超越其限制病毒复制的经典功能，参与疾病耐受性机制。

研究人员前期已证明，非洲谱系ZIKV毒株MR766（ZIKV_MR766）可逃逸IFN介导的控制，在体外血脑屏障（blood–brain barrier, BBB）模型中即使在抗病毒反应存在的情况下也能促进大量病毒复制和通透性增加，而亚洲谱系毒株PE243（ZIKV_PE243）仅在缺乏IFN-I信号时才表现出这些效应。本研究采用脑室内（i.c.v.）感染模型，绕过全身免疫，以剖析IFN-I信号在ZIKV诱导的神经病理中的作用，旨在明确IFN-I如何参与抗病毒抵抗性、疾病耐受性及CNS神经炎症反应的调节。

二、研究设计与主要技术方法

研究人员使用4周龄WT和IfnR^-/^-小鼠，通过i.c.v.途径接种2×10⁵ PFU的ZIKV_PE243或ZIKV_MR766。主要技术方法包括：空斑实验检测脑组织感染性病毒载量；行为学测试（旷场实验和Kondziela倒网实验）评估神经功能；RT-qPCR检测炎症和趋化因子基因表达；FITC-Dextran静脉注射评估BBB通透性；流式细胞术定量脑内浸润免疫细胞亚群；抗体介导的细胞清除实验（抗Ly6G清除中性粒细胞，抗asialo-GM1清除NK细胞）验证特定细胞类型的功能贡献。

三、研究结果

3.1 I型干扰素反应在病毒复制存在的情况下保护机体抵抗ZIKV神经系统疾病

所有感染ZIKV_PE243的WT小鼠均存活且无临床症状；而感染ZIKV_PE243的IfnR^-/^-小鼠从4 dpi开始出现进行性体重下降，6-7 dpi出现嗜睡、弓背和呼吸困难等临床症状，死亡率约85%。ZIKV_MR766感染导致更严重的疾病：IfnR^-/^-小鼠在3 dpi即出现显著体重下降，迅速出现神经和临床症状，所有动物在4 dpi前死亡；WT小鼠在6 dpi前无症状，随后出现轻度嗜睡和体重下降，7 dpi时主要表现为后肢无力/瘫痪和感觉减退，最终也在7 dpi死亡。病毒载量方面，ZIKV_PE243感染后IfnR^-/^-小鼠从2 dpi起即可检测到病毒并持续至7 dpi，而WT小鼠在4 dpi才检测到病毒且滴度显著较低，14 dpi后完全清除。值得注意的是，ZIKV_MR766感染的WT和IfnR^-/^-小鼠脑内感染性病毒颗粒水平在整个时间过程中相当，表明IfnR^-/^-小鼠的早期死亡并非由病毒复制增加所致。

3.2 I型干扰素信号限制ZIKV_PE243在脑内的复制和播散

行为学测试显示，7 dpi时ZIKV_PE243感染的IfnR^-/^-小鼠在倒网实验中悬挂时间显著缩短，而WT小鼠与对照无显著差异。脑区病毒载量分析表明，4 dpi时IfnR^-/^-小鼠在皮层、海马和小脑三个区域的病毒滴度均显著高于WT小鼠；至7 dpi，两基因型在皮层的滴度趋于一致，但IfnR^-/^-小鼠在海马和小脑仍显著更高。这表明IFN-I信号限制了病毒在脑内的早期播散。

3.3 I型干扰素信号在ZIKV_PE243感染期间减轻神经炎症和BBB破坏

4 dpi时，感染的IfnR^-/^-小鼠脑内Tnf、Il1β和Ccl2表达较WT小鼠显著升高。BBB通透性分析显示，仅在7 dpi的ZIKV_PE243感染IfnR^-/^-小鼠中检测到通透性增加。流式细胞术分析显示，中性粒细胞浸润仅在4 dpi的感染IfnR^-/^-小鼠中检测到；NK细胞募集仅在7 dpi的感染WT小鼠中增加；T细胞募集在7 dpi的感染IfnR^-/^-小鼠中升高。免疫组化分析显示4 dpi时各组间小胶质细胞/巨噬细胞（Iba-1）和星形胶质细胞（GFAP）染色无显著差异。

3.4 ZIKV_MR766感染期间炎症性髓系细胞募集的调节和延迟的神经病理依赖于I型干扰素信号

行为学测试显示，4 dpi时IfnR^-/^-小鼠在倒网实验中悬挂时间显著缩短；6 dpi时感染WT小鼠在旷场实验中探索活动显著减少。病毒载量分析显示，4 dpi时WT小鼠小脑中的病毒滴度低于IfnR^-/^-小鼠，至7 dpi才达到相当水平，表明WT小鼠的病毒播散被延迟。4 dpi时，感染的IfnR^-/^-小鼠表现出Ifnγ、Tnf、Il1β和Il6表达增加，而WT小鼠的转录诱导延迟至7 dpi。IfnR^-/^-小鼠从3 dpi起即出现早期BBB破坏，而WT小鼠仅在7 dpi才出现BBB通透性增加。流式细胞术显示，4 dpi时IfnR^-/^-小鼠中CD45⁺白细胞、CD45⁺CD11b⁺髓系细胞、炎症单核细胞和中性粒细胞频率均显著升高；WT小鼠中NK细胞和B细胞频率在7 dpi时增加。

3.5 清除中性粒细胞可减轻ZIKV_MR766感染IfnR^-/^-小鼠的BBB损伤和临床症状

在ZIKV_MR766感染的IfnR^-/^-小鼠中，使用抗Ly6G抗体清除中性粒细胞后，4 dpi时体重下降显著减轻，神经系统症状明显减少，BBB破坏得到缓解，且不影响CNS病毒载量。这表明IFN信号通过限制中性粒细胞向CNS的募集或进入来促进疾病耐受性。

3.6 中和NK细胞可增加病毒载量，但不影响ZIKV诱导的临床症状

使用抗asialo-GM1抗体清除NK细胞后，ZIKV_PE243感染小鼠仍无症状；ZIKV_MR766感染小鼠的疾病严重程度和BBB损伤无重大变化，但运动障碍略有改善。然而，NK细胞清除导致两种毒株感染小鼠CNS中的病毒载量均增加（ZIKV_PE243感染小鼠调整后p = 0.1，ZIKV_MR766感染小鼠调整后p = 0.0046）。这表明I型干扰素至少部分通过支持NK细胞介导的CNS病毒复制控制来促进疾病抵抗性。

四、讨论与结论

本研究通过结合i.c.v.直接接种两种复制效率和IFN-I敏感性不同的ZIKV毒株，剖析了IFN信号在抗病毒抵抗性和疾病耐受性中的双重作用。ZIKV_PE243感染WT小鼠体现了IFN驱动的抗病毒抵抗性，表现为有效的病毒控制和完全恢复；而对IFN更具抵抗性的ZIKV_MR766毒株的分析揭示了一种不同情景，即I型干扰素信号促进疾病耐受性的能力可独立于其抗病毒效应被观察到。

BBB破坏与死亡率一致，在感染两种ZIKV毒株的IfnR^-/^-小鼠以及感染ZIKV_MR766的WT小鼠晚期均可观察到。关键机制发现是，IFN-I信号调节了感染小鼠脑内炎症浸润的动力学和特征：炎症单核细胞在所有组中均可检测到，但中性粒细胞浸润仅在IfnR^-/^-小鼠中观察到，而NK细胞频率仅在WT动物中增加。转录谱分析支持这一模型，IfnR^-/^-小鼠在感染两种毒株后均表现出更早且更高的Tnf、Il1b和Ccl2表达。研究人员还观察到，仅在IFN信号完整的情况下，Il15表达更高且NK细胞频率增加。IL-15对NK细胞的发育、稳态、增殖和功能激活至关重要，I型干扰素通过直接IFNAR信号和间接IL-15诱导来协调抗病毒NK细胞反应。

综上所述，本研究证明I型干扰素通过促进NK细胞募集至CNS以控制病毒复制（抵抗性），同时限制中性粒细胞驱动的神经炎症和BBB破坏（耐受性），从而协调对ZIKV感染的宿主防御。这一发现为理解IFN-I在病毒性神经系统疾病中的双重保护作用提供了新的机制见解，也为针对ZIKV神经病理的免疫调节治疗策略提供了理论基础。