PLOS Pathogens | 攻破難題！研究揭示寨卡病毒感染破壞大腦發(fā)育關(guān)鍵病毒決定因素

寨卡病毒（ZIKV）感染是全球公共衛(wèi)生的重大關(guān)切，特別是在孕婦感染時，可能會導(dǎo)致胎兒出現(xiàn)嚴(yán)重的腦發(fā)育缺陷，最終引發(fā)嬰兒小頭癥。目前，由于對寨卡病毒發(fā)病機(jī)制了解有限，尚無針對該病毒的抗病毒療法或疫苗。

盡管已有大量研究使用現(xiàn)有的免疫缺陷小鼠模型和新開發(fā)的類器官培養(yǎng)模型來探索ZIKV的神經(jīng)致病性，但驅(qū)動ZIKV神經(jīng)致病性的病毒和宿主決定因素仍不清楚。

克服了現(xiàn)有模型的局限性，加拿大國家科學(xué)研究學(xué)院（INRS）研究人員在

PLOS Pathogens

ZIKV在斑馬魚中有效感染

研究人員在斑馬魚受精后2小時將ZIKV注射到卵黃中，ZIKV可在斑馬魚胚胎和幼蟲中高效感染和復(fù)制。研究表明，ZIKV感染斑馬魚幼蟲后，其大腦發(fā)育出現(xiàn)缺陷，與哺乳動物類似，包括頭部變小、神經(jīng)祖細(xì)胞（NPC）感染和耗竭。

此外，轉(zhuǎn)錄組分析顯示，感染胚胎中分離出的NPC基因表達(dá)失調(diào)，涉及生存和神經(jīng)分化的基因表達(dá)發(fā)生變化，包括谷氨酸轉(zhuǎn)運蛋白vglut1表達(dá)下調(diào)，導(dǎo)致大腦中的谷氨酸能神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生改變。這些發(fā)現(xiàn)與之前在其他動物模型中的報告一致。

NS4A 是 ZIKV 神經(jīng)發(fā)病機(jī)制的主要蛋白

研究人員發(fā)現(xiàn)，ZIKV的NS4A蛋白是神經(jīng)致病性的關(guān)鍵決定因素，其單獨表達(dá)即可重現(xiàn)感染動物中觀察到的表型。這是首次在脊椎動物模型中證實該病毒蛋白具有這樣的作用。此外，ZIKV感染斑馬魚幼蟲后，其行為活動出現(xiàn)重大缺陷，這與大腦發(fā)育缺陷密切相關(guān)。而感染登革熱病毒（DENV）的斑馬魚幼蟲則未出現(xiàn)明顯的發(fā)育異常。

該研究還表明，使用NS5聚合酶抑制劑NITD008治療ZIKV感染的動物，可以逆轉(zhuǎn)ZIKV誘導(dǎo)的形態(tài)和行為缺陷，并降低病毒載量。這不僅證明了ZIKV vRNA復(fù)制是誘導(dǎo)發(fā)育缺陷的必要條件，還為利用斑馬魚進(jìn)行抗病毒藥物體內(nèi)療效研究提供了原理驗證。

此外研究還發(fā)現(xiàn)，ZIKV感染斑馬魚幼蟲后，其大腦中出現(xiàn)了細(xì)胞凋亡增加和NPC耗竭，這可能是導(dǎo)致小頭癥的原因。轉(zhuǎn)錄組分析顯示，ZIKV感染的NPC中vglut1基因表達(dá)下降約130倍。vglut1是興奮性谷氨酸能神經(jīng)元和谷氨酸能突觸的特異性生化標(biāo)記，其表達(dá)下降可能與神經(jīng)發(fā)育障礙有關(guān)。這為開發(fā)針對ZIKV感染的新療法提供了可能的方向。

總之，該研究揭示了斑馬魚幼蟲作為ZIKV致病性模型的價值，為理解ZIKV的神經(jīng)致病性提供了新的見解，并為抗病毒藥物的體內(nèi)篩選和測試提供了一個理想的平臺。

強(qiáng)大的研究工具

該研究論文的第一作者A?ssatou A?cha Sow說：“斑馬魚是一種非常有趣的模型，因為它的解剖發(fā)育與人類非常相似，但發(fā)育速度要快得多。僅僅48小時，我們就能觀察到大多數(shù)器官，包括大腦；而在小鼠中需要好幾天，在人類中則需要好幾個月。它們還是透明的，受精過程發(fā)生在體外，這使我們能夠?qū)崟r觀察器官發(fā)育?！?/p>

得益于斑馬魚的透明性、體外發(fā)育以及基因組可修改性，研究人員可以觀察到特定類型的神經(jīng)元。Patten教授說：“斑馬魚在研究中極為有用。它們使我們能夠快速且同時測試許多藥物——這是在人類中無法做到的?！?/p>

得益于斑馬魚的透明性和快速發(fā)育，研究人員可以近距離觀察大腦的形成以及病毒是如何破壞這一過程的。

斑馬魚模型還使科學(xué)家能夠研究與該疾病相關(guān)的基因，并在細(xì)胞水平上了解發(fā)病機(jī)制。其中一個主要優(yōu)勢是：研究人員可以同時處理數(shù)百條幼蟲，從而獲得更穩(wěn)健、更可靠的結(jié)果。

該團(tuán)隊希望這種模型能夠為人們理解寨卡病毒對大腦的毀滅性影響開辟新的途徑，并為測試有前景的治療方法提供幫助。

參考資料：

A?ssatou A?cha Sow et al, A zebrafish-based in vivo model of Zika virus infection unveils alterations of the glutamatergic neuronal development and NS4A as a key viral determinant of neuropathogenesis, PLOS Pathogens.

主編微信

注：添加微信請備注昵稱+單位+研究

微信學(xué)科討論群：病毒學(xué)群，生物醫(yī)藥群、臨床醫(yī)學(xué)、腫瘤學(xué)科群、碩博交流群和醫(yī)藥投資交流群（微信群審核要求較高，請各位添加主編后主動備注單位研究方向）