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

寨卡病毒（ZIKV）感染是全球公共衛生的重大關切，特別是在孕婦感染時，可能會導致胎兒出現嚴重的腦發育缺陷，最終引發嬰兒小頭癥。目前，由于對寨卡病毒發病機制了解有限，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有的免疫缺陷小鼠模型和新開發的類器官培養模型來探索ZIKV的神經致病性，但驅動ZIKV神經致病性的病毒和宿主決定因素仍不清楚。

克服了現有模型的局限性，加拿大國家科學研究學院（INRS）研究人員在

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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制。研究表明，ZIKV感染斑馬魚幼蟲后，其大腦發育出現缺陷，與哺乳動物類似，包括頭部變小、神經祖細胞（NPC）感染和耗竭。

此外，轉錄組分析顯示，感染胚胎中分離出的NPC基因表達失調，涉及生存和神經分化的基因表達發生變化，包括谷氨酸轉運蛋白vglut1表達下調，導致大腦中的谷氨酸能神經網絡發生改變。這些發現與之前在其他動物模型中的報告一致。

NS4A 是 ZIKV 神經發病機制的主要蛋白

研究人員發現，ZIKV的NS4A蛋白是神經致病性的關鍵決定因素，其單獨表達即可重現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，其行為活動出現重大缺陷，這與大腦發育缺陷密切相關。而感染登革熱病毒（DENV）的斑馬魚幼蟲則未出現明顯的發育異常。

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ZIKV誘導的形態和行為缺陷，并降低病毒載量。這不僅證明了ZIKV vRNA復制是誘導發育缺陷的必要條件，還為利用斑馬魚進行抗病毒藥物體內療效研究提供了原理驗證。

此外研究還發現，ZIKV感染斑馬魚幼蟲后，其大腦中出現了細胞凋亡增加和NPC耗竭，這可能是導致小頭癥的原因。轉錄組分析顯示，ZIKV感染的NPC中vglut1基因表達下降約130倍。vglut1是興奮性谷氨酸能神經元和谷氨酸能突觸的特異性生化標記，其表達下降可能與神經發育障礙有關。這為開發針對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的神經致病性提供了新的見解，并為抗病毒藥物的體內篩選和測試提供了一個理想的平臺。

強大的研究工具

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，因為它的解剖發育與人類非常相似，但發育速度要快得多。僅僅48小時，我們就能觀察到大多數器官，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，受精過程發生在體外，這使我們能夠實時觀察器官發育。”

得益于斑馬魚的透明性、體外發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。”

得益于斑馬魚的透明性和快速發育，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家能夠研究與該疾病相關的基因，并在細胞水平上了解發病機制。其中一個主要優勢是：研究人員可以同時處理數百條幼蟲，從而獲得更穩健、更可靠的結果。

該團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.

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