中國科學家《自然》子刊刊文:首證寨卡病毒能感染周圍神經

2020-11-28 澎湃新聞

各國科學家近年來圍繞寨卡病毒致病機制、藥物疫苗研發等展開了一系列研究。7月31日,國際期刊《自然•神經科學》(

nature neuroscience

)在線發表了中國科學院遺傳與發育生育學研究所許執恆團隊與合作者的研究文章。首次在動物模型中驗證了,無論是經腹腔注射還是經動物胚胎腦部注射,寨卡病毒都能感染周圍神經系統。

寨卡病毒(Zika Virus)發現於1947年,2015年在南美洲大面積爆發並在全球範圍內擴散蔓延,自此引發世界關注。2016年2月,國家衛計委通報中國確診首例輸入性寨卡病毒感染病例,20天後確認人數上升至8例。截至目前,臨床尚無可治療預防寨卡病毒的藥物及疫苗。

周圍神經系統是指腦和脊髓以外的所有神經結構,由中樞神經系統發出、導向人體各組織器官的神經,以及受其調控的周圍神經。周圍神經擔負與身體各部分的聯絡工作,起傳入和傳出信息的作用。此前已有報導指出,部分患者在感染寨卡病毒後並沒有出現任何中樞神經異常症狀,但出現了周圍神經異常症狀,而最早被分離出寨卡病毒的烏幹達恆河猴的周圍神經系統中也發現存在寨卡病毒。

許執恆在接受澎湃新聞(www.thepaper.cn)採訪時表示,「我們的研究首次在動物模型中驗證了寨卡病毒能直接感染周圍神經系統,在此之前,大家僅僅都在猜測這兩者的聯繫,就和以前猜測寨卡病毒是否直接導致小頭畸形一樣。」

小頭畸形即胎兒在子宮內或嬰兒期大腦發育異常、導致頭部明顯變小的一種罕見疾病。2015年3月至2016年3月的這一年裡,巴西確診了超過6000名新生嬰兒患有小頭畸形,發病率比往年高出20倍,而這一年恰逢巴西爆發寨卡疫情,而這些患病兒的母親大多感染了寨卡病毒。

一年前,也就是2016年5月,《細胞•幹細胞》雜誌(

Cell Stem Cell

)在線發表了許執恆團隊與軍事醫學科學院秦成峰團隊合作的研究成果:寨卡病毒在小鼠體內感染神經前體細胞並導致小顱畸形。這也是科學家首次證實寨卡病毒是小頭畸形元兇,並由中國科學家完成。

寨卡病毒直接感染周圍神經

許執恆團隊參與合作的這項最新研究表明:寨卡病毒能直接感染 I型幹擾素受體缺陷的A129老鼠的周圍神經系統,這種感染情況在非小頭畸形老鼠模型和小頭畸形老鼠模型中均出現。

動物模型的實驗確認了寨卡病毒能直接感染周圍神經系統之後,研究進一步通過人源細胞來進行體外細胞實驗,以研究寨卡病毒對人源細胞的感染及細胞特異性分子病理學。

研究人員誘導人類多能幹細胞(hPSCs)分化成人類神經嵴細胞(hNCCs),並進一步分化成人類周圍神經細胞(hPNs),對神經嵴細胞、周圍神經細胞進行接毒感染。結果顯示,神經嵴細胞能被寨卡病毒快速感染,並降低細胞活力。

為從分子水平研究寨卡病毒對人類神經嵴細胞的影響,研究團隊之一約翰霍普金斯大學的研究組引入了全基因組表達譜分析(轉錄組測序)法,揭示細胞在病毒感染情況下存在大量的差異表達基因。並通過和寨卡病毒感染的神經系統中的人類神經前體細胞(hNPCs)比較發現,在分子病理學角度,寨卡病毒感染人類神經嵴細胞和中樞神經系統的人類神經前體細胞兩者之間存在區別。也就是說,寨卡病毒感染中樞神經和周圍神經時在發病機制等方面或不相同。

研究者還通過逆轉錄實時定量PCR(qRT-PCR)、蛋白質免疫印跡法和免疫細胞化學分析法對細胞凋亡和表觀遺傳調控相關的基因進行針對性試驗。結果顯示,核轉錄因子c-Jun的表達和磷酸化水平僅在寨卡病毒感染的人類周圍神經細胞中增強,暗示和c-Jun磷酸化相關的細胞凋亡是寨卡病毒感染的人類周圍神經細胞死亡的可能途徑之一。同樣,發現組蛋白H3的表達和乙醯化僅在寨卡病毒感染的人類神經嵴細胞中下降,暗示組蛋白表達的調控異常和乙醯化或許和寨卡病毒感染的人類神經嵴細胞的死亡有關。

「一己之力」力量有限

談到上述這項對寨卡病毒對周圍神經系統影響的研究,許執恆提到,「耗時並不多,大概半年時間不到完成了。我們同時在做許多其他的研究,很多工作並不是為此單獨展開,效率就比較高。」

許執恆團隊主要完成的是論文中動物模型的體內實驗部分。萬事開頭難,這部分實驗一開始卡在了選取模型動物上面。「我們最早採用了正常的小鼠模型,結果發現感染數量非常少。摸索之後,我們和秦成峰團隊最終選用了 I型幹擾素受體缺陷的A129老鼠,後面基本就沒有什麼難度了。」許執恆提到,「這和臨床現象也是吻合的,一般被寨卡病毒感染的患者通常是免疫能力較為低下的患者。」

值得一提的是,這項研究由許執恆團隊和美國約翰霍普金斯醫學院明囯莉和Gabsang Lee研究組、美國佛羅裡達州立大學唐恆立研究組、美國埃默裡大學醫學院金鵬研究組等研究人員聯合完成。許執恆表示,「跨領域合作才能更好地解決問題,我們有的是專注於神經學的,有的是病毒學領域的,靠一己之力很難完成所有的工作。」

通過本土聯合或國際合作,中國科學家在寨卡病毒研究領域可謂碩果纍纍。就在7月26日,國際期刊《自然通訊》(

Nature Communications

)發表一項研究成果,復旦大學基礎醫學院陸路、姜世勃研究團隊與復旦大學附屬公共衛生臨床中心和軍事醫學科學院微生物流行病研究所研究團隊,合作設計的「多肽類病毒滅活劑」可有效殺滅寨卡病毒,阻止其感染孕鼠及其胎兒。

許執恆稱,「有別於整個生物領域,在寨卡病毒研究方面,中國科學家一點都不落後,可以說是處於世界先列。」

除前述研究成果外,許執恆團隊等人的研究文章還提到,未來,可以研究寨卡病毒是如何從腹腔或腦部轉移至周圍神經系統,而可能的路徑包括血液循環、腦脊液循環和神經元傳遞。而周圍神經系統感染寨卡病毒導致病變的機制也有待研究。

臨床治療仍是重中之重

寨卡病毒,是通過伊蚊傳播的一種黃病毒。「寨卡」命名最初源於非洲烏幹達南部一片叢林的名字,1947年,該病毒在烏幹達寨卡叢林的恆河猴中發現。5年之後,人類首次從人群中——烏幹達和坦尚尼亞人體中分離出寨卡病毒。早期,僅在非洲和南亞地區存有寨卡病毒感染散發的少量病例。

寨卡病毒疫情爆發的首次文件記載為2007年西太平洋密克羅尼西亞群島發病185例。2013年10月,法屬玻里尼西亞地區也開始爆發寨卡病毒疫情,發病人數上萬例。至2015年,病毒擴散到南美洲,疫情持續發酵,並在發病症狀上出現突變,不斷增強,並隨後在全球範圍內擴散。

大多數感染寨卡病毒的患者不會表現或僅輕微表現出臨床症狀,包括低熱、皮疹、結膜炎、肌肉和關節痛、頭痛,這些症狀2至7天即能自愈,重症與死亡病例尚屬罕見。

然而,2015年巴西爆發寨卡病毒後的一種異常現象引發科學界關注。巴西在一年裡確診了超過6000名新生嬰兒患有小頭畸形,發病率比往年高出20倍,而這些患病兒的母親大多感染了寨卡病毒。

當地時間2015年12月1日,世界衛生組織、泛美衛生組織發布了關於寨卡病毒的全球警告。世界衛生組織第一次正式承認,在巴西傳播的寨卡病毒與新生兒小頭畸形症有關,並建議孕婦要特別注意防止蚊蟲叮咬。目前的研究也已證實,寨卡病毒穿過胎盤、以皮質神經前體細胞為靶細胞,從而引起小頭畸形,導致細胞死亡、損害神經發育。

除小頭畸形這一特殊症狀外,古蘭-巴雷症候群(GBS, Guillain-Barre syndrome)這一典型疾病也在2015年之後和寨卡病毒發生了關聯。古蘭-巴雷症候群是周圍神經系統疾病中的一種,病人在病毒感染初始症狀消失之後的幾天或幾周,會突然出現四肢麻木和無力,並有可能發展為局部或全身性癱瘓。病人通常會在幾周或幾個月時間內恢復知覺和行動能力,但是許多人會遭受持續影響,包括四肢無力以及感覺遲緩。

此外,許執恆團隊等人的研究文章指出,寨卡病毒感染小孩和成人後的另一些明顯症狀是眼窩痛、腹痛和腹瀉,這些都和周圍神經有關,更具體地說是和感覺神經元、腸神經元有關。

值得注意的是,儘管近兩年科學界對寨卡病毒感染及發病機制等研究頗多,但在臨床治療方面尚無實質性突破。目前,尚無獲批上市的寨卡疫苗及藥物。

許執恆對澎湃新聞表示,「我們也在和一些合作團隊進行藥物篩選和動物模型驗證,但往往體外實驗效果很好,但到了體內實驗就不太理想。」目前藥物研究主要集中在疫苗、抗體藥物及小分子藥物之間。而在小分子藥物方面,許執恆提到,難度更大。「一方面要確保如何通過胎盤及腦血屏障進入胚胎腦組織,另一方面還要證實對胚胎無其他影響,確實很難。」

許執恆透露,「近期我們會有一項關於寨卡病毒治療藥物的研究文章投稿,主要是『老藥新用』,也就是發現一種已長期使用的老藥對寨卡病毒治療效果非常好。」

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