孟胜利 博客分享 http://blog.sciencenet.cn/u/msl3459 疫苗接种和狂犬病预防的科普 微信公众号 狂犬知识 kqbym2020

博文

172 狂犬病病毒待解之谜

已有 1736 次阅读 2020-9-17 22:59 |个人分类:问题|系统分类:科普集锦

狂犬病病毒待解之谜

原文:Everything You Always Wanted to Know About Rabies Virus (But Were Afraid to Ask).Annual Review of Virology.Vol. 2: 451-471 (Volume publication date November 2015).Benjamin M. Davis,1 Glenn F. Rall,2 and Matthias J. Schnell1,2,3

 

关键词

狂犬病病毒,狂犬病病毒属,嗜神经病毒,神经感染性病毒,病毒转运

 

摘要

自古就有历史文献记载有关狂犬病的报道。尽管普遍认为狂犬病可通过接种疫苗得到有效预防,但每年仍造成4-7万人死亡,儿童大约占40%。大多数死亡病例发生在发展中国家,由于无条件进行及时的暴露后处置,而多数家养和野生动物是狂犬病病毒的宿主,这些原因造成狂犬病的根除困难重重。此外,相比流感等人类传染病,尽管狂犬病所引起的感染概率很低,但因携带病毒动物咬伤而发病的后果是严重的:目前没有有效治疗方法能够挽救狂犬病人的生命。本文针对狂犬病毒发病机制等已知和未知的基础研究进行综述性介绍。

 

1.狂犬病毒分类、结构、生命周期

狂犬病在全球每年导致约4-7万人死亡,其中以儿童为主。狂犬病病毒(RABV)属于狂犬病毒属,弹状病毒科,负链RNA病毒。狂犬病毒电镜下呈现棒状或子弹状,如同其他负链RNA病毒,弹状病毒粒子由高度稳定的基因组RNA、核蛋白和来自宿主细胞膜的脂囊膜组成。

狂犬病毒是狂犬病毒属最典型的成员,全球广泛分布,然而,该属其他一些病毒也可以引起类似狂犬病的致命疾病。目前已知至少有14个狂犬病相关的狂犬病毒属病毒,包括Mokola病毒、欧洲蝙蝠狂犬病毒1和2、澳大利亚蝙蝠狂犬病毒,这些病毒地域限制明显,他们引起的人类患病人数相对较少,只在人们侵占有此病毒分布的新地域时出现。我们掌握的关于这些病毒的大部分知识来自于对蝙蝠的生态学研究,但最近一些团队依靠实验病毒学技术获得了更多狂犬病毒属差异方面的知识。

所有弹状病毒编码五种结构蛋白:核蛋白(N)、磷蛋白(P)、基质蛋白(M)、糖蛋白(G)和一个RNA指导的RNA聚合酶(L)(1a)。N蛋白将RNA基因组封装,形成一个名叫核糖核蛋白(RNP)的致密复合体。RNP和L蛋白与P蛋白一起压缩成螺旋型核衣壳(NC)。P蛋白是一个聚合酶L的非催化的辅助因子。M蛋白包裹着NC,形成连接NC和病毒包膜的桥梁。G蛋白为三聚体与内侧M蛋白相互作用,是暴露在包膜外表面的仅有蛋白质,可与细胞受体相连接。许多狂犬病毒科病毒表达额外的功能蛋白,狂犬病毒仅编码这5种结果蛋白。独特的狂犬病毒蛋白的贡献使狂犬病毒发病机制超出了他们在结构上的功能,都会在本文中讨论。

病毒G蛋白与宿主细胞受体作用,触发病毒粒子的内吞(1b)。较低的核内pH激发G蛋白介导的病毒荚膜和核内膜的融合,在细胞质内释放核衣壳。L多聚酶和P蛋白组成的复合物利用核糖核蛋白中的RNA作为模板进行基因组复制和转录。弹状病毒mRNAs的表达从基因组3端向5端衰减(1c)。因此,N蛋白最丰富,其后分别是P蛋白、M蛋白、G蛋白和L多聚酶。这种减弱是因为当终止信号达到时,聚合酶从核糖核蛋白上分离,需要聚合酶重新接入来启动下游基因的转录。一旦病毒N蛋白的表达达到某个阈值时病毒开始启动复制,对于狂犬病毒,一般认为是受M蛋白水平调控。复制时,病毒聚合酶转换至一个更持续的模式,合成全长正链RNA,它可以作为模板来合成全长负链基因组RNA。最终 G蛋白插入宿主细胞膜开始后病毒开始出牙释放。在早期核衣壳中的M蛋白与胞浆中的G蛋白尾部发生作用,触发病毒出牙离开宿主细胞膜。

尽管不同弹状病毒家族成员在形态学和生命周期方面高度相似,但仍有较宽的宿主种类和病毒表型。比如,除狂犬病毒外,研究最充分的水泡性口炎病毒(VSV)为牛病原体不会导致人类疾病。狂犬病毒的狭窄细胞适应性,非致细胞病变性和较长的潜伏期和VSV的较宽细胞适应性,细胞毒性生命周期和快速复制相对照。狂犬病毒感染哺乳动物,其他弹状病毒感染鱼、昆虫和植物。

 

1

a. 狂犬病毒由5个结果蛋白和来自宿主细胞膜组成

 

b. 狂犬病毒生命周期。病毒粒子与宿主细胞受体结合1,然后被宿主细胞膜内吞2,低pH调节病毒粒子包膜和内质网膜融合3,核衣壳释放,病毒结果基因开始转录4,基因组复制5

 

 

c. 狂犬病毒转录和复制策略。负链RNA作为L-P蛋白复合物的模板。1转录出带有5’帽子结构和3’多聚腺苷酸(A)的mRNA编码病毒结构蛋白。每当多聚酶遇到终止信号(stop),多聚酶会和模板解离,由于多聚酶并不能保证成功再次螯合上RNA,因此转录从3’到5’会出现衰减。2在复制中,负链RNA基因组被转录成正链RNA中间体,然后再次转录成负链基因组RNA.

 

 

2.狂犬病毒感染宿主路径概述

大多数人类狂犬病毒感染均由动物咬伤或抓伤导致,是因为肌肉组织暴露于包含狂犬病毒粒子的动物唾液(2)。一个已知的狂犬病毒受体是烟碱乙酰胆碱受体(nAchR)存在于肌肉细胞中。根据当前的狂犬病毒神经元侵犯模型,狂犬病毒粒子通过肌肉细胞出芽进入神经肌肉连接点(NMJs)的突触间隙而进入中枢神经系统(CNS),神经肌肉连接点是指在输出神经终端和肌肉纤维中间的专门神经突触。狂犬病毒进入主要运动神经元是通过逆向轴突运输,在神经元细胞内复制装配,转运到新的触突并出芽而开始再一次的感染,竟而从一个神经元向另一个神经元的传播(3)。在这个模型中,突触间传播持续进行,直到狂犬病毒广泛分布于中枢神经系统中。这将造成行为上的改变以支持病毒感染新的宿主。同时,狂犬病毒从中枢神经系统向外周神经系统扩散,包括皮肤、毛囊、心脏、肾上腺、舌头和唾液腺。

 

 

对狂犬病毒来说,其病毒侵犯中枢神经并非独一无二的,但一些特征令其与其他病毒相区别。在感染早期,狂犬病毒渗透并仅被主动运动神经元转运,而不像疱疹病毒通过感觉或自主神经元传播。狂犬病毒一旦进入中枢神经系统就表现出对神经元的偏好而非其他中枢神经系统细胞比如小神经胶质和星状胶质细胞,它可专一的跨突触的传播病毒不在其他部分释放,并且缺乏组织病理学的证据来说明有对感染组织的破坏。

没有明显的破坏神经元是一个尤其吸引当前学者研究的内容。为何狂犬病毒感染可以杀害宿主却未诱导神经元死亡?在分子水平揭开这个谜团是狂犬病毒病毒学领域的重要挑战,这或许正是理解弹状病毒发病机制,改进医疗处置和进一步研究神经生物学的关键。在感染细胞内的基因学、形态学和潜在炎症性变化是目前正在进行的研究的主要课题,将在本文结尾讨论。

 

2 狂犬病毒通过宿主感染的路径。狂犬病毒的自热感染通常是通过带有病毒的宿主动物咬伤或者抓伤,感染肌肉组织。通过神经肌肉的接头处感染外周神经组织。病毒粒子被包裹后,在动力蛋白的调节下逆行运输,从突触后到突触前的神经元,直到最终感染中枢神经系统。

 

 

 

 

3狂犬病毒神经浸入策略。观察到两个可能的机制,(a)狂犬病毒糖蛋白通过烟碱乙酰胆碱受体调节进入肌肉细胞,病毒在连接神经肌肉接头处开始复制。(b)狂犬病毒与神经元的几个受体之一(神经粘附分子或者p75NTR)相互作用,不经过病毒的复制直接进入神经元。

 

 

3. 实验室使用的狂犬病毒

在从事狂犬病毒病理学实验研究中,首先考虑可用狂犬病毒株的差异非常重要。不同的株系即使在相同系统下也可能产生相互冲突的结果。狂犬病毒可用多种方式进行分类,包括传代史(固定毒和街毒),动物源和致病性(无致病性,条件致病性或较高致病性)。

实验室改造的狂犬病毒病毒株是经过长期在组织和动物中传代的病毒,它们有明确的潜伏期和可预测的临床过程。然而,固定毒株可能已经丢失了它们野生毒株祖先的一些特性,比如在侵入中枢神经系统前,优先在肌肉局部进行复制。狂犬病毒固定株也可能有致病性,比如标准攻击病毒CVS毒株经常被用作疫苗免疫后的攻击毒株,这个过程需要致病病毒参与完成。

根据动物来源分类,比如蝙蝠相关或狗相关的病毒,通过病毒宿主可能预测其表型。例如,蝙蝠相关的毒株可通过相对小的咬伤来启动中枢神经系统入侵,而狗相关的毒株需要相对深的肌肉穿透才可能引起中枢神经系统入侵。传染性的不同可能反映出了蝙蝠相关病毒在上皮和皮下组织中感染和复制的能力增强,但这些观察现象背后的机制并未研究清楚。

最终,通过研究致病株和弱毒株,研究者可得出狂犬病毒基因序列在致病力中所起的作用。这些年来因狂犬病毒分子克隆成为可能,产生了一系列富有成效的研究。在这些工作中,研究者通过交换致病性对应基因和致病性特征来构建嵌合的狂犬病毒病毒株。

另一个重要的狂犬病研究策略差别在于是否使用外围或中枢神经系统的接种感染。对中枢神经系统的直接接种一般通过鼻内或者颅内接种。这些策略在理论上将狂犬病毒的中枢神经系统复制和传播与大多数自然发生的感染所必须的外周神经侵入相互区分。但是大多情况下,狂犬病毒的神经侵入,嗜神经性和神经致病性在体内相互关联。狂犬病毒自然感染模型经常是使用肌肉注射。

4.神经侵入:中枢神经系统的侵入

从外周局部的暴露,狂犬病毒必须进入中枢神经系统才能致病。然而,哺乳动物的中枢神经系统有一些解刨学和生物化学上的障碍来使其与身体其他部分相分离。在这些广泛研究的天然保卫屏障中由神经血管上皮细胞组成的高度选择渗透屏障的血脑屏障,形成了紧密的上皮细胞连接。除血脑屏障以外,中枢神经系统缺少淋巴引流,低水平MHC表达,提升抑制免疫力分子水平适当的有助于相对身体其他部分的免疫隔离。这个概念,然而从在中枢神经系统中信号诱导到抗病毒反应的控制过程这些免疫反应的具体内容都与周边组织里发生的完全不同。

有些机制,可以使病毒克服限制神经侵入的障碍得以实现。从外周到轴突的逆传输是狂犬病毒病毒侵入的首要机制,也是疱疹病毒或其他病毒的感染路径。这种机制允许病毒感染通过血脑屏障。一个相关的病毒神经侵入机制是通过嗅觉受体,它是中枢神经系统仅有的直接暴露与外界环境而起到类似病毒神经侵入的通路。鼻内感染已经被广泛研究,但除去在蝙蝠居住的洞穴中空气传播的可能性,高浓度病毒气溶胶在自然环境中未见。最终,最普遍的病毒中枢神经系统进入机制是血液路径,通过感染神经血管上壁细胞或者淋巴细胞单核细胞的中枢神经系统渗透而使病毒颗粒透过血脑屏障。黄病毒和粘附病毒引起的中枢神经系统并发症被认为是主要通过该种路径所导致。尽管从外周到脑组织的狂犬病毒血液传播已经被实验室用银发蝙蝠狂犬病病毒(SHBRV)证明,但这并不是主要的自然界感染狂犬病毒的传播方式,也没观察到狗携带传染的狂犬病毒通过血液传播。

在自然条件下的感染,狂犬病毒的嗜神经发生在神经肌肉连接点。最有力的早期证据是发现了狂犬病毒G蛋白和乙酰胆碱受体之间相互作用,乙酰胆碱受体成为首个被人所知的狂犬病毒受体,在此之后陆续发现多个中枢神经系统限制受体。乙酰胆碱受体受体广泛分布在外周神经系统,位置处于神经肌肉连接点的突触后膜。乙酰胆碱受体与狂犬病毒的相互作用很快被荧光免疫和电镜等证实,这些证据显示出修饰的狂犬病毒聚集在神经肌肉连接点上。乙酰胆碱受体与G蛋白相结合位点被随后鉴别,给G蛋白所协调的进入机制提供支持。

另人好奇的是乙酰胆碱受体位于肌肉突触后膜而不是最开始所怀疑的突触前膜,这显示出狂犬病毒在侵入神经之前先在局部肌肉复制。在神经肌肉连接点位置的病毒浓缩或者更多神经肌肉连接点暴露给病毒粒子可能增加中枢神经系统摄入病毒的可能性。这或许也可以解释狂犬病毒自然感染的长时间潜伏在肌肉细胞中或低水平复制的原因。这种假设已经通过街毒可在去神经的肌肉细胞内复制的实验所支持。然而,狂犬病毒不在局部肌肉细胞复制也可以直接从外周进入中枢神经,在实验室动物接种固定狂犬病毒株时已经得到证实。

狂犬病毒在肌肉中潜伏或低水平复制引起的狂犬病和直接感染神经系统引起的狂犬病各占多大比例现在不得而知,这是此领域中正在研究的重要问题,它会影响到针对狂犬病毒靶向治疗的有效性。比如,狂犬病毒仅在肌肉复制未进入神经元的情况下,一种不能渗透中枢神经系统的药物可能有效,但在暴露后狂犬病毒直接进入中枢神经系统时则会无效。

一般认为狂犬病毒侵入神经系统仅通过运动神经元,而不是通过感知或者自主神经元。利用狂犬病毒跨神经细胞追踪技术,即一种狂犬病毒传播的近距离监控手段,已经为这种假说提供了很多证据。例如,狂犬病毒固定株已经用于追溯显示控制豚鼠眼动肌肉,鼠类脸部和球海绵体肌肉和灵长类手部肌肉动神经分布等。在这些研究中,狂犬病毒可以用来专一的标记运动神经元。然而,这种假说在别处遇到一些矛盾的结论。在小鼠肌内注射固定狂犬病毒株后,一个研究组发现在感染的较早时间点,狂犬病毒同时感染了感觉和运动神经元。狂犬病毒固定株被接种在鼠的脚垫中发现狂犬病毒抗原出现在在背根神经节(DRG)感知神经元,即使是在一个时间点(感染后72小时)显示在运动和感知神经之间相互传递而不是起始感染感觉神经元。

乙酰胆碱受体在突触末梢的运动神经末梢上表达并不在传递来自感知神经元的信号中起作用。因此, 狂犬病毒可能在神经肌肉连接点聚集,而不是在感知神经元终端,最开始通过运动神经元浸入神经系统。需要注意的是这些情况相对只在狂犬病毒感染第一阶段。在感染的其他阶段,运动神经和感知神经路径的特征再不会产生差别,中枢神经系统内病毒向外扩散给末端,继而可在运动神经和感知神经元中检测出来。

5.狂犬病毒轴突传输

在人类懂得何种病毒以及如何引起狂犬病之前,狂犬病毒就被怀疑是在神经组织中传播。早期使用秋水仙碱药物作为轴浆抑制剂来研究轴突传递,我们现在知道是通过抑制微管聚合而实现。通过秋水仙碱处理的鼠坐骨神经的狂犬病毒增殖抑制试验提供了狂犬病毒逆轴突传递的早期证据。

近些年,糖蛋白和磷蛋白结构和宿主细胞相互作用方面的研究指导了狂犬病毒轴突传输机制方面的研究。对假病毒的慢病毒属载体而言,糖蛋白被认为足以解释逆向的轴突传递机制,同样对用糖蛋白替代水疱性口炎病毒的G蛋白的假病毒也发现这种现象。这是对糖蛋白在逆向轴突传递方面起到重要作用的有力证明。一个对狂犬病毒磷蛋白相互作用蛋白的筛查显示了磷蛋白和细胞质动力蛋白轻链(LC8)之间的相互作用,后者参与末端微管运输。这个证据显示狂犬病毒逆向运输机制包含了一个动力蛋白与磷蛋白的相互作用。然而,剔除磷蛋白的LC8结合位点并不能消除狂犬病毒从外周接种位点到脑组织的传递,这需要依靠其它微管与病毒相互作用的证据。

已经通过活细胞的体外成像直接观察知道狂犬病毒轴突传递。包含荧光标记的糖蛋白的狂犬病毒在神经传送的过程中被包裹在体内小泡中,利用一个或更多病毒蛋白参与泡内传输。另一个研究利用区分的鼠显示了在逆向运输和细胞胞体内病毒复制之后狂犬病毒会进行有效地正向传输,这使得狂犬病毒仅用逆向传输方式的观念复杂化,很多研究者理所当然的接受这种观念并使用在神经转移标示物上。然而,当多器官出现狂犬病毒沉积,在晚期感染中顺向传输最可能发挥的作用。在狂犬病毒生命周期早期事件中,比如在神经侵入或者中枢神经系统的传递中,顺向传递的影响仍然存在争议。

6.狂犬病毒跨突触的传播

当感染宿主时,病毒面对各种类型细胞组成的复杂局面以及先天固有的防御机制,其中只有一部分细胞对病毒敏感。观察狂犬病毒趋向性的方式是考虑病毒接近相关细胞如神经元所形成密集关联网络的而具备的优势。而且,神经元作为不可再生的细胞,他拥有通过一些机制保护自己抵抗细胞毒素免疫因子比如CD8+T细胞,它可以识别和杀伤病毒感染的细胞。

就如之前讨论,狂犬病毒独特的特性是一旦进入中枢神经系统就专一的感染神经元,跨突触传播,而且对感染组织不会有明显损伤。对这些现象的研究已经促进了各种狂犬病毒和宿主细胞相互作用的深入观察。比如,狂犬病毒的细胞趋向被认为由病毒至少结合两个神经元细胞表面的结合位点决定,它们是神经元细胞粘附分子(NCAM)和p75NTR;另一个细胞受体,乙酰胆碱受体,仅在突触后膜出现,因此很可能在病毒肌肉细胞而非神经元发挥作用。对这些细胞受体编码基因的敲除并不能彻底消除狂犬病毒感染,很可能是狂犬病毒将这些受体和其他分子比如糖类、神经节苷脂、脂类或其他受体联合作用来介导病毒进入。面对这个不清晰的图像,对趋向性还有一种研究方式是对病毒的细胞配体糖蛋白进行研究。

 

7.狂犬病毒糖蛋白在病毒趋向性和致病性方面的作用

在知道糖蛋白是狂犬病毒表面蛋白后,抗-糖蛋白单抗就被观察到能保护实验动物免受狂犬病毒攻击。这个发现对当时的疫苗设计意义重大,但他也提供了一种间接研究狂犬病毒致病性的方法。通过化学诱变,筛选出可不被中和抗体中和的毒株,研究者得到一组减毒株。这类致病和非致病毒株配对研究使糖蛋白在分子水平上的致病因素得到进一步深入研究。一个突变株符合这种情况,它在333位点用谷氨酸或异亮氨酸代替了精氨酸,成为一个充分研究的减毒株模型。这个G-333突变株显示了传播速度慢,在肌肉接种后优先感染运动神经元,但在一个感染周期后停滞。

这些第一代糖蛋白变异体是组织培养适应的病毒株,担忧会恢复突变而会重新导致自然感染。通过cDNA克隆拯救狂犬病毒可以让研究者在病毒基因组上做更加精准的改变,可以不必通过大量组织培养传代来操作野生分离株。例如,一个研究让固定非致病狂犬病毒毒株(SN-10)的糖蛋白和蝙蝠相关街毒株(SHBRV)的糖蛋白和两种不同致病株(CVS-N2c和CVS-B2c)的进行G基因交换,结果显著但并不完整,每种嵌合病毒在鼠的肌内注射后致病性显性均得到恢复。用SN-10的糖蛋白替代SHBRV’s的狂犬病毒-M基因,以及一些其他组合,也会出现相似的结果。综上,这些结果显示狂犬病毒致病性是部分的但并非完全的由糖蛋白决定。

 

8.狂犬病毒的免疫逃避

狂犬病毒,如同所有的病原体,和宿主的复杂的免疫系统共同进化。如前讨论的,狂犬病毒对于免疫独立组织的嗜性而言,这本身就是他的免疫逃避策略。狂犬病毒株在体内低水平复制并不明显的破坏感染组织反而是更具致病性的。因而,貌似狂犬病毒是通过低调行事而逃避适应性免疫系统搜捕。一些适应性免疫逃避机制已经被研究,比如可能操控血脑屏障渗透性以及感染过程中狂犬病毒-介导的中枢神经系统浸润性淋巴细胞凋亡。

狂犬病毒也需要避免先天免疫,这种免疫机制在哺乳动物细胞中高度保守,对神经元尤其重要。为此,狂犬病毒直接扰乱了用于宿主细胞防卫的细胞内和细胞间的信号通路。了解最充分的是磷蛋白破坏IFN信号,这是一种非特异性免疫逃避机制。

 

9.狂犬病毒和干扰素反应

绝大多数脯乳动物细胞可以通过模式识别受体探测到病毒感染,这种刺激会产生I型干扰素(包括IFN-α 和 IFN-β)。IFNs由自分泌和旁分泌方式引导IFN刺激基因的表达,可以拥有多种抗病毒功能。IFN系统对机体抗狂犬病毒感染作用非常重要,对注射抗IFN免疫球蛋白的老鼠和敲除I型IFN受体的老鼠(Ifnar/)对狂犬病毒感染的敏感性增加。Ifnar/老鼠在外周和中枢感染情况下均提高或更快发病率的事实显示了IFNs作为一个抗狂犬病毒防御机制神经侵入和中枢神经系统内传递两种水平上起作用。

研究者已经阐述了狂犬病毒抑制IFN的两种显著不同的机制均由磷蛋白介导:抑制初始IFN诱导和下调IFN应激基因诱导。两种机制均牵涉被磷蛋白绑定的细胞质信号传感器与细胞核转录因子,需要细胞质和核的两种蛋白质形式。这个过程是通过使用内部起始密码来完成。全长度的磷蛋白有一个核输入和核输出序列,但一个缺少核输出序列的删减样式也被产生出来,因此既可以运入但只能留在细胞核内。

第一个发现磷蛋白介导的IFN抑制机制是由IFN控制因子3(IRF3)的核内绑定介导。IRFs是激活IFN表达的转录调控因子,可上调对病毒核酸的探测;磷蛋白阻止了IRF的激活由此封闭了IFN应答。最初的证据是观察到低水平表达磷蛋白狂犬病毒病毒株可诱导诱导了高水平的IFN产生。一个随后的研究显示截断磷蛋白也可以诱导高水平的IFNs,但其IFN抑制是可以靠全尺寸的磷蛋白恢复的,这与IRF3-磷蛋白蛋白相互作用相关联,之后被确认这个相互作用,并标记在磷蛋白的特定位点。

除了阻碍IFNs转录,狂犬病毒还有一个单独机制阻止细胞对IFNs产生应答。磷蛋白可以隔离细胞质中转录因子STAT1/2(一个异质二聚体),阻止它接触细胞核IFN激活基因启动子。磷蛋白和STATs的相互作用的部位和P蛋白和IRF相互作用的位点处在完全不同的位置上。而且,负责IRF结合的磷蛋白的核也约束STAT1,形成一个独立的针对STAT1的核抑制机制,该机制被一些狂犬病毒属病毒保留。

可预见的,磷蛋白是狂犬病毒致病性的关键要素之一。已经被使用嵌合病毒进行研究,和之前提到的用致病性和非致病性糖蛋白的交换类似。在一个研究项目中,一个颅内接种致死实验动物的固定狂犬病毒株通过细胞培养传代可减毒。当致病型亲本株的磷蛋白被插入非致病的毒株中,致病性得到了恢复。STAT核转录位点的抑制,它与毒株致病性相关,可使减毒株受损。一个跟进研究概括了肌内感染后的这些情况,显示出狂犬病毒导致的STAT抑制也对狂犬病毒神经入侵阶段的感染很重要。

 

10.淋巴细胞在控制狂犬病毒上中枢神经系统-浸润性的重要性

淋巴细胞迁移至中枢神经系统中和很多亲神经性病原体的控制有关,狂犬病毒就包括在内。虽然我们并不知道T细胞或者B细胞清除中枢神经系统中狂犬病毒感染的方式,但这些移行细胞的重要性不言而喻。比如,对缺少功能性T淋巴细胞的裸鼠外周接种常规非致病性狂犬病毒会导致裸鼠死亡。相反,是否存在功能淋巴细胞不会改变致病性狂犬病毒外周感染的结果。这种情况的一种解释是非致病的狂犬病毒在侵入神经系统之前已经激活了在外周T细胞,以T细胞依赖的方式阻止病毒进入中枢神经系统。然而,用中和抗体的滴度来量化,用不同的致病性的毒株攻击,免疫应答不同,而且不一定都能观察到。而且,也有可能是狂犬病毒基因表达产物在中枢神经系统中主动阻止了淋巴细胞进入或存活。

血脑屏障可能阻止免疫效应因子的进入。两个狂犬病毒株在致病性上的不同可能通过血脑屏障对淋巴细胞的渗透性不同来解释。通过维持更高水平的血脑屏障完整性,野生狂犬病毒株可能阻止淋巴细胞渗出穿透神经血管的上皮细胞,来避免淋巴细胞接近狂犬病毒感染的神经元。在多个狂犬病毒株的比照中,研究人员在减毒狂犬病毒株感染动物中发现淋巴细胞对中枢神经系统的显著渗透和血脑屏障透过性增加,但是在感染致病性狂犬病毒株的动物中并未出现。而且,在野生狂犬病毒感染中,血脑屏障透过性升高增加了存活率。然而,目前还不知道这是否意味着致病性狂犬病毒株具备维持血脑屏障完整性的主动机制。也有可能是减毒狂犬病毒获得了一个免疫刺激性能触发了危险信号,进而导致了免疫细胞滤过并清除病毒。

目前也已经证实感染了狂犬病毒的细胞被刺激可杀灭中枢神经系统滤过的淋巴细胞。当比较外周感染致病株和减毒(分别为CVS和PV株),一组观察到尽管两种病毒都触发CD4+CD8+T细胞的中枢神经系统渗透,迁移T细胞在致病狂犬病毒感染中消失,却可以在一过性感染中积累。这种消失对应T细胞凋亡的增加,显示淋巴细胞可以侵入血脑屏障但难以生存。FasL分子是正常免疫系统中诱导T细胞凋亡的一个主要分子,缺失该分子会消除这个作用并增加致病性固定株攻击后的存活率。一个相似的狂犬病毒毒力降低在缺少B7-H1的老鼠中发现,是另一个自然的T细胞应答抑制物。

 

11.神经致病性和狂犬病毒传递

尽管在狂犬病毒生物学上有诸多研究,狂犬病毒感染致死的机制并不清楚。如前面提到的,发病的狂犬病患者死亡只有温和的脑组织学损伤但并没有神经元的明显损伤。前面概述的免疫逃避策略解释了这种情况的一部分原因:狂犬病毒貌似去避免炎症和细胞溶解的宿主防御,如果出现细胞凋亡、局部炎症或者淋巴血球渗出被恢复则可能失去其致病的能力。因此,狂犬病毒这种隐身性能可以被看作是一种成功的适应手段。由野生狂犬病毒株导致的神经性的功能紊乱可能基于一种不为人知的免疫应答(病毒蛋白本身可能为此原因)。

研究人员试图通过多种方式考虑神经功能紊乱,主要有形态学、代谢和分子基因分析。这些研究大多直指狂犬病毒发病机理的核心谜团:总体行为变化和人类狂犬病临床死亡案例。

 

12.感染细胞的形态学、代谢和基因分析

很多年前,区分狂犬病毒感染和正常细胞的首要表征是被称为内基小体的细胞内含物的出现,用1903年描述他们的研究者来命名。内基小体被认为是狂犬病毒翻译和复制的中心,内部还有至少一种细胞蛋白,Hsp70,对病毒产生起作用。然而,即使他们在狂犬病毒生命周期中作用清晰,内基小体已知的特征并不能解释狂犬病毒感染的神经元的异常表型。

当利用了标记和显微观察的优势,更多细节开始出现。在一个研究中,在致病固定株外周感染动物中出现轴突和树突的退化,在显微观察下其退化是有明显的解体和消失并缺少微管与神经丝特有的免疫染色,但在减毒株外周感染的动物中没观测得到。与其他研究发现所一致的是这种退化的发生并无炎症或细胞凋亡的证据。当其他团队在相似系统中使用荧光标记重组物狂犬病毒时,感染的神经元表现出在神经进程中的念珠状的膨大,尤其是轴突。

这些感染细胞的形态学变化已经和代谢变化相关联。一个报道概括了体外培养致病性固定株感染的鼠轴突膨大表型。除狂犬病毒抗原之外,这些膨大被发现包含了线粒体和氧化应激标记的聚集,如同糖尿病性神经病背景下的感知神经元的特性。随后的研究收集了包括狂犬病毒感染细胞比照正常细胞代谢增加了潜在活性氧毒性生成的证据。这些研究考虑的神经元结构完整性缺失尤其令人感兴趣。因为中枢神经系统最典型的特征就是他的连通性,一个病原体如果在物理上破坏轴突或者树突就可能引起中枢神经系统的重要伤害而不杀灭任何细胞,比如,感染整个神经网络。

13.感染晚期:行为变化,狂犬病毒向外传播,死亡

人类狂犬病分为狂躁型或者麻痹型狂犬病。简单的说,狂躁狂犬病具有典型的狂犬病症状,包括严重烦躁和恐水。该过程几天后,这个兴奋阶段下降为日益恶化的麻痹和意识障碍,最终昏迷,心脏停跳,循环不足或呼吸衰竭导致死亡。在麻痹型狂犬病中,逐渐增加的麻痹是主要特点,继而通过相似过程直至昏迷。两种表型均可在实验动物感染中观察到,同样毒株和同样的感染方式,最终那种发病方式不可预测。同样在自然狂犬病毒感染时,有报道显示狂暴和麻痹型出现于暴露于同一条疯狗的两个患者。

在过去,由狂犬病毒感染而导致表现上的变化被归因于狂犬病毒优先感染负责情感和运动相关的边缘神经系统相关结构。但是,并没有证据说明狂犬病毒更易感染哪一个脑部区域。相反的,更可能的是这种现象是因为有和狂犬病毒进入位点更近的突触连接。在另一个例子中,在狂犬病相关的侵害可能和狂犬病毒的转移更有关系,尤其是假设唾液中充斥狂犬病毒的时候。

在感染晚期,狂犬病毒传播到唾液腺同时发生了狂犬病毒传播至不同的终端器官,如皮肤,毛囊和肌肉纤维。为了从中枢神经系统达到唾液腺,狂犬病毒需要用顺行方式穿过自主感觉神经节,那是和早期感染观察发现所相反的狂犬病毒传递方式。狂犬病毒进入唾液是通过从粘液细胞顶端质膜出芽,是明显缺亲神经性的过程。这些变化突出了感染早期和晚期狂犬病毒表征的明显不同。

狂犬病显示出跨物种的区别。小哺乳动物比如蝙蝠可能是一个温和的更持久的病程,可能甚至康复。非致命的人类狂犬病案例更有争议。在临床狂犬病患者生还案例的报道中,由之前暴露获得的部分抵抗力在重症监护过程中起了模糊不清的作用。对狂犬病毒的自然获得耐受是由两个秘鲁农村社团的一项研究中提出,这项研究中未接种疫苗但确实发现了血清抗体阳性的个体。然而对于大多部分,非致命的狂犬病毒暴露和疾病的知识并没改变临床患者糟糕的情况。被大小哺乳动物所感染的人类狂犬病患者的结果看起来相似,即使关于这些动物传染性的报道有所不同。这意味着狂犬病毒导致了所有哺乳动物细胞水平上相似的伤害,但因中枢神经系统构架上的不同表现各异,同时意味着狂犬病毒根据宿主可以引发严重疾病。神经功能紊乱可能是特定神经网络或通路瓦解或者反常的一个后果。在这些观念能够有意义的关联起来之后,必然能获得狂犬病毒细胞致病机理和突触连通性两方面更好的理解。

 

15展望和未来的研究方向

即便经过多年探索,狂犬病毒神经发病机理的谜团仍未解开,但过去几年这个领域所获得的进展仍大有可期。关于狂犬病毒的结构和生命周期现在已经研究透彻,有利于开发阻断病毒复制或者出芽的干预措施。此外,用实验方法通过反向遗传学操控狂犬病毒基因组让研究人员可以将致病性关联到病毒基因组的特定位点。这些致病性的遗传决定因子渐渐被研究清楚并不断推出狂犬病毒神经侵入机制。而且,近期体外成像技术可以让研究人员高分辨率的观察狂犬病毒在宿主细胞中移动。狂犬病毒在不同脑区间的传递的同样的情况或可实现可视化。最后,现代高通量的基因学平台比如基因芯片是功能强大的工具,现开始投入狂犬病毒和宿主细胞相互作用的研究领域。

 

 (本文比较难,只适合专业人士阅读,里面还有很多未知领域需要研究)

 

 




http://blog.sciencenet.cn/blog-55647-1251014.html

上一篇:171 性别和年龄是狂犬病暴露前免疫效果的重要影响因素
下一篇:173 艾滋病研究的四十年——成就斐然,任重道远

0

该博文允许注册用户评论 请点击登录 评论 (0 个评论)

数据加载中...

Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备07017567号-12 )

GMT+8, 2020-10-31 21:00

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007- 中国科学报社

返回顶部