上海免疫所梁啟明團隊等揭示寨卡病毒導致小頭畸形的新機制

2020-12-20 中國生物技術網

寨卡病毒是一種屬於黃病毒屬的蟲媒傳播病毒。早在1947年，就已經從一隻來自非洲烏幹達的寨卡森林中的有發熱症狀的恆河猴體內被首次分離得到，因此得名「寨卡」。

在過去的70多年中極少有與之相關的研究被發表，原因在於它只會引起發熱、關節痛、結膜炎、皮疹等輕微症狀，且症狀很快消失。然而在2015-2016年，寨卡病毒突然在巴西、美國、東南亞地區爆發，很快擴散至全球61個國家和地區，並與胎兒流產，新生兒小頭畸形、格蘭-巴雷症候群等病例的快速增加密切相關。

2016年初，世界衛生組織將寨卡病毒列為全球公共衛生緊急事件，從而極大加快了全球對寨卡病毒研究的步伐，在短時間內就建立了多種小鼠和非人靈長類動物的寨卡感染疾病模型，並且被應用到寨卡病毒的診斷，治療以及相關疫苗的臨床前評價中。然而，到目前為止，寨卡病毒導致新生兒小頭病的致病機理仍不清楚，與之相關的分子機制，尤其是感染神經系統的機制的研究非常有限，嚴重影響了抗病毒靶向藥物的研發。

RNA幹擾(RNAi)是由小分子雙鏈RNA引發的轉錄後基因沉默過程，正常細胞自身的RNA幹擾調控對於細胞分化、發育等都發揮著非常重要的作用。細胞核內轉錄產生的初始miRNA（pri-miRNA）被Drosha加工成miRNA前體（pre-miRNA）後，由轉運蛋白Exportin-5轉運進入細胞質。胞質中的核酸內切酶 Dicer會將這些miRNA前體切割成多個具有特定長度(約21~23 bp)和結構的小片段雙鏈RNA，即成熟的miRNA。miRNA一條鏈與含有Ago2的蛋白複合物結合形成RNA誘導的沉默複合物(RNA-induced silencing complex，RISC)。RISC和與miRNA具有同源區的mRNA序列進行特異性結合，在結合部位切割mRNA，引起轉錄後調控。最近有研究表明，神經細胞中Dicer酶缺陷會引起神經發育的退化。

2020年8月6日，上海交通大學醫學院上海市免疫學研究所梁啟明課題組聯合美國南加州大學醫學院趙振課題組在 Cell Stem Cell 雜誌上發表了題為：The Zika Virus Capsid Disrupts Corticogenesis by Suppressing Dicer Activity and miRNA Biogenesis 的探究論文。

該研究表明，寨卡病毒C蛋白（Capsid protein）能夠和Dicer酶相互作用從而抑制Dicer的miRNA的加工活性，尤其是抑制了一些神經發育相關的miRNA的產生，最終抑制神經發生並導致小頭畸形。

在本研究中，研究人員通過繪製寨卡病毒蛋白與宿主神經幹細胞蛋白質組相互作用網絡，篩選出寨卡病毒C蛋白可以與核酸內切酶 Dicer特異性的相互作用，而其他一些典型的黃病毒屬病毒如登革熱病毒（DENV）、日本腦炎病毒（JEV）、西尼羅病毒（WNV）等的C蛋白都不具備這種相互作用特徵，這極有可能是寨卡病毒區別於其他黃病毒屬病毒，能引起神經退行性疾病的原因之一。這種特異的相互作用能夠抑制Dicer對miRNA的加工活性，使成熟miRNA，尤其是一些與神經發育相關的miRNA（let-7a、miR-9、miR-17等）的合成受阻。

圖1：寨卡病毒蛋白與宿主神經幹細胞蛋白質組相互作用網絡

研究人員通過對寨卡病毒和其他典型黃病毒屬病毒C蛋白胺基酸序列比對，發現其第41位的單點胺基酸突變（H41R）使C蛋白喪失了與Dicer的互作，並且不再抑制Dicer的加工切割活性。接著通過病毒反向遺傳學產生出寨卡野生型以及C蛋白具有H41R突變的活病毒，通過子宮微注射的方式將二者感染進胚胎期13.5天（E13.5）的胎鼠大腦，並在E18.5時通過對胎鼠大腦大小的測量以及各腦層的染色發現，較於突變病毒，野生型病毒會導致更小的胎鼠大腦以及更薄的大腦皮層，說明寨卡病毒C蛋白對Dicer的抑制確實能夠引起神經發育缺陷。

圖2：胎鼠大腦微注射示意圖

此外，為了證實在活體水平上寨卡病毒C蛋白自身是否足以引起神經發育缺陷，曾建雄博士等人利用AAV基因傳遞系統，將寨卡病毒C蛋白及其突變分別以AAV病毒的形式微注射入胎鼠大腦，發現寨卡病毒C蛋白自身足以引起神經發育缺陷。

綜上所述：寨卡病毒C蛋白能夠和Dicer酶相互作用從而抑制Dicer的miRNA的加工活性，尤其是抑制了一些神經發育相關的miRNA的產生，最終抑制神經發生並導致小頭畸形。該研究為了解寨卡病毒的獨特致病機制提供了一部分理論依據。

圖3：寨卡病毒C蛋白抑制Dicer加工活性，抑制RNA幹擾系統並最終導致小頭畸形示意圖

該研究得到上海市免疫學研究所公共平臺、上海交通大學基礎醫學院和上海市兒童醫院基礎-臨床創新研究中心的支持。同時，該研究還獲得了上海交通大學醫學院張健教授、上海巴斯德研究所龍鋼研究員、Tulane大學Shitao Li教授、武漢大學付碧石教授和浙江工商大學酈萍教授的支持幫助。

論文連結：

https://www.cell.com/cell-stem-cell/fulltext/S1934-5909(20)30350-7

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