狂犬病毒诱发狂躁行为的分子机制

摘要:

科学家们可能终于理解了狂犬病毒是如何通过彻底改变宿主的行为来帮助传播狂犬病，这种病每年导致5.9万人死亡。一项新的研究表明，狂犬病毒表面一种叫做糖蛋白的分子可以与大脑中的尼古丁乙酰胆碱（ nicotinic acetylcholine）受体结合并抑制其功能，而这些受体在调节哺乳动物行为方面起着至关重要的作用。这干扰了大脑内部正常的信息交流，导致其宿主产生有利于病毒传播的疯狂行为。

科学家们可能终于理解了狂犬病毒是如何通过彻底改变宿主的行为来帮助传播狂犬病，这种病每年导致5.9万人死亡。

阿拉斯加费尔班克斯大学（University of Alaska Fairbanks，UAF）的研究人员发表在《NATURE（自然）》杂志子刊《科学报告(Scientific Reports)》上的一项新的研究表明，狂犬病毒表面一种叫做糖蛋白的分子可以与大脑中的尼古丁乙酰胆碱（ nicotinic acetylcholine）受体结合并抑制其功能，而这些受体在调节哺乳动物行为方面起着至关重要的作用。这干扰了大脑内部正常的信息交流，导致其宿主产生有利于病毒传播的疯狂行为。

该研究的第一作者、阿拉斯加费尔班克斯大学（UAF）兽医微生物学教授卡斯滕·赫弗（Karsten Hueffer）博士说，他希望这些发现能帮助科学家更好地理解和治疗这种传染性病毒性疾病。

他说:“许多传染性病原体会改变宿主的行为，但我们不知道它们是如何做到这一点的。”“我们的研究首次为感染因子如何引发特定行为提供了详细的分子机制。

Hueffer说，尽管狂犬病疫苗在19世纪后期首次被开发出来，但是科学家们一直在努力解释这种病毒是如何在像狗这样的动物身上引发攻击性行为，根据世界卫生组织的估计，人类狂犬病的99%是由狗传播的。

他说:“狂犬病毒只有5个基因，信息非常少。”“狗有超过20,000个基因并具有复杂的免疫和中枢神经系统。然而，这种病毒可以重新编程狗的行为，使它失去恐惧，变得有攻击性和咬人，这使得该病毒可以通过狗的唾液传播。

赫弗说，这些行为上的改变是众所周知的，并已成为美国人的口头语。在小说《老咆哮者（Old Yeller）》中，特拉维斯（ Travis）必须放弃他心爱的狗，因为它被一只疯狗咬伤并感染。在《杀死一只知更鸟(To Kill a Mockingbird)》中，阿提克斯·芬奇(Atticus Finch)被叫去射杀一只疯狗。

“然而这种行为比病毒本身更容易研究，”Hueffer说，在大脑中研究狂犬病是困难的，因为狂犬病毒不会以非常明显的物理方式改变大脑。通常，脑炎是存在的，但科学家必须对大脑进行采样，并专门检测狂犬病毒以确认感染。

此前在20世纪80年代和90年代的研究集中在狂犬病毒如何与特定的肌肉受体结合和相互作用，这些受体接收来自神经的信号来控制肌肉收缩。研究表明，狂犬病毒表面一种叫做糖蛋白的分子可以与肌肉中的尼古丁乙酰胆碱（ nicotinic acetylcholine）受体结合。然后病毒进入并劫持肌肉和神经细胞，在那里进行复制并沿着神经传播，感染大脑和其他组织。

另一项研究发现，狂犬病糖蛋白中的一串氨基酸与蛇毒中抑制尼古丁乙酰胆碱受体的氨基酸序列几乎完全相同。

Hueffer说他和共同作者舒尔特（Marvin Schulte）意识到了其中的联系。舒尔特是尼古丁受体方面的专家，他曾是UAF(阿拉斯加费尔班克斯大学)的教授，现在在费城科技大学（ University of the Sciences in Philadelphia）工作。

“舒尔特博士和我根据事实进行推断，”Hueffer说。“我们知道，在肌肉中与病毒结合的尼古丁乙酰胆碱受体也存在于大脑中，我们推测病毒也可能与这些受体结合。”如果蛇毒的结构与部分病毒相似，并能抑制这些受体，我们认为病毒也可能抑制大脑中的这些受体。此外，我们认为这种相互作用会影响行为。

随后，赫弗与另一位共同作者迈克尔·哈里斯(Michael Harris)合作开展了实验，以证明狂犬病毒糖蛋白是否会改变动物的行为。哈里斯也曾是UAF的成员，现在是加州州立大学长滩分校的教授。

“在感染的早期阶段，病毒会聚集在脑细胞之间的空间，”哈里斯说。这些空间是脑细胞交流的地方。我们认为，如果病毒能与这些空间中的受体结合，并改变脑细胞正常交流的方式，那么病毒就能改变受感染动物的行为。

这种行为的改变可能对病毒有利，改变受感染动物的行为，增加感染扩散到其他动物的机会。

在其中一个实验中，Hueffer和他的同事将一小段狂犬病毒糖蛋白注射到老鼠的大脑中。

他说:“当我们把这一小段病毒糖蛋白注入老鼠的大脑时，老鼠开始比对照组的老鼠跑动得更多。”这种行为也可以在感染狂犬病的动物身上看到。

Hueffer说，这是第一个实验证据，表明了一种分子机制，可以诱导宿主发生有利于疾病传播的特定行为变化。

虽然狂犬病现在在美国很少见，而且可以通过接种疫苗来预防，但是一旦出现症状，目前还没有治愈的方法。这种病毒性疾病仍然主要危害非洲和亚洲贫困的农村地区，这些地区缺乏为狗接种疫苗的手段，或者是在怀疑感染时也不能提供及时的处治。

参考文献：

Karsten Hueffer, Shailesh Khatri, Shane Rideout, Michael B. Harris, Roger L. Papke, Clare Stokes, Marvin K. Schulte. Rabies virus modifies host behaviour through a snake-toxin like region of its glycoprotein that inhibits neurotransmitter receptors in the CNS（狂犬病毒通过其糖蛋白中类似蛇毒素的区域来改变宿主的行为，该区域抑制中枢神经系统中的神经递质受体）. Scientific Reports, 2017; 7 (1) DOI: 10.1038/s41598-017-12726-4

https://www.sciencedaily.com/releases/2017/10/171011091847.htm