HSV-1感染与神经炎症：宿主蛋白HPSE的关键作用及治疗潜力

《mBio》：HPSE-mediated proinflammatory signaling contributes to neurobehavioral deficits following intranasal HSV-1 infection

本研究揭示了宿主蛋白HPSE在HSV-1感染引发的神经炎症及行为异常中的关键作用，为开发新型抗病毒治疗策略提供了重要靶点（HSV-1、HPSE、神经炎症）

　　 HSV-1感染与神经炎症：宿主蛋白HPSE的关键作用及治疗潜力 HSV-1（单纯疱疹病毒1型）是一种嗜神经病毒，能够感染大脑并引发一系列严重疾病，如慢性神经痛、脑炎和神经行为异常。这些疾病后果严重且持久，因此，识别影响疾病严重程度的宿主因素至关重要。本研究通过小鼠模型发现，在HSV-1感染过程中，宿主蛋白HPSE（肝素酶）是神经炎症的关键介质。鼻内HSV-1感染可促进病毒在大脑中的传播，而HPSE活性在促进促炎细胞因子上调、增强大脑小胶质细胞活性以及导致认知障碍、焦虑和运动协调障碍方面发挥重要作用。这些效应在HPSE缺陷（Hpse?/?）小鼠中显著降低。此外，研究还发现，适度激活Toll样受体（TLRs），尤其是在野生型（Hpse+/+）小鼠中，可能有助于炎症体途径的激活，进而激活caspase-1（Casp1）和caspase-3（Casp3），这可能在神经功能丧失中发挥作用。这些发现将HPSE定位为减轻病毒诱导的神经炎症和神经行为缺陷的潜在治疗靶点。 HSV-1感染对大脑的影响及其与神经退行性疾病的关联 神经炎症是许多影响中枢神经系统（CNS）的病毒感染的标志，也是包括阿尔茨海默病（AD）、帕金森病（PD）、肌萎缩侧索硬化（ALS）和亨廷顿病在内的多种神经退行性疾病的主要驱动因素。据预测，到2050年，全球将报告约1.41亿例AD病例。当前的CNS炎症研究已表明，炎症细胞因子和活性氧的产生在神经退行性中起着重要作用，提示了针对神经炎症的潜在治疗靶点。 HSV-1是一种高度流行的病原体，对全球健康产生重大影响，可引发如唇疱疹、生殖器疱疹和疱疹性角膜炎等病理状况。其在三叉神经节（TG）中建立潜伏状态并能在应激下重新激活，这使得根除工作变得复杂。HSV-1是病毒性脑炎的已知原因，可导致血脑屏障破坏和白细胞浸润。此外，HSV-1通过嗅觉途径传播至CNS的速度可能更快且更具破坏性。尽管鼻内感染在人类中较为罕见，但这种途径能更直接地将病毒传播至大脑，造成急性及慢性损伤，可能导致长期的致残性后果，包括神经元丢失、神经退行性和行为缺陷。在HSV-1脑炎的更严重后果后恢复的个体中也有类似的症状报告。HSV-1在大脑中的感染和再激活病毒传播也可能导致严重的神经炎症和免疫反应，加剧神经元损伤和认知障碍。 HPSE在HSV-1感染中的作用机制 HPSE是一种组织重塑酶或内源性糖苷酶，可降解细胞外基质中的肝素硫酸盐。它还在多种病毒感染和癌症中发挥促炎作用。HPSE通过诱导趋化因子和细胞因子增强病毒发病机制，从而促进炎症。肝素硫酸盐是HPSE的底物，已知可促进HSV-1进入细胞并在炎症中发挥作用。在HSV-1感染的背景下，HPSE已被证明可促进角膜上皮中病毒的释放和传播，且有多种宿主分子如cAMP反应元件结合蛋白3（CREB3）和蛋白激酶B（AKT）被报道与HPSE相互作用。尽管HPSE在维持稳态、转移、血管生成、自噬和DNA损伤中的关键作用已被广泛研究，但其在大脑感染和神经炎症中的作用尚待深入探索。 本研究假设HPSE在HSV-1感染的CNS中引发的神经炎症和相关神经行为损伤中发挥重要作用。通过使用野生型（Hpse+/+）和HPSE缺陷（Hpse?/?）小鼠模型，并采用鼻内HSV-1感染来模拟病毒直接传播至大脑的过程，研究了HPSE驱动的神经炎症的关键标志物、调控机制及其对认知功能、焦虑和运动协调的影响。通过展示HPSE在神经炎症及其对神经行为功能的下游影响中的作用，本研究为HPSE抑制治疗HSV-1诱导的CNS损伤提供了证据支持。 HPSE加剧HSV-1感染、大脑组织重塑及死亡率 本研究的前期工作已强调了HPSE在HSV-1感染后角膜表面引发的病理反应中的作用。为了将这一理解扩展到神经炎症和宿主生存，研究假设鼻内HSV-1给药会加剧疾病进展，且HPSE是这种增强病理的关键因素。通过使用鼻内HSV-1感染的*Hpse+/+和Hpse?/?小鼠模型，观察到Hpse+/+*小鼠的感染率、发病率和死亡率显著更高，提示HPSE在HSV-1相关病理中发挥关键作用。*Hpse+/+小鼠的死亡时间更早，临床评分显示Hpse+/+小鼠的疾病进展速度比Hpse?/?*小鼠更快。在大脑区域，如嗅球（OL）、脑干（BS）和三叉神经节（TG）中，*Hpse+/+小鼠的病毒糖蛋白mRNA转录本显著上调，反映出与Hpse?/?小鼠相比病毒存在增加。此外，在感染后第5天和第10天对TG进行体外HSV-1再激活实验，结果显示Hpse+/+小鼠的TG中HSV再激活程度更高，这可能是由于神经炎症加剧，而Hpse?/?小鼠的HSV再激活受到限制。为了研究长期影响，对Hpse+/+和Hpse?/?小鼠进行HSV-1的亚致死剂量感染。在感染后6个月，苏木精-伊红（H&E）染色显示Hpse+/+小鼠的OL存在具有病理学意义的结构改变，观察到更多的死细胞和炎症迹象（白色箭头）。相比之下，Hpse?/?小鼠的OL显示出更少的形态学变化以及更少的死细胞和炎症迹象。Hpse+/+小鼠的OL中微胶质细胞数量增加，而Hpse?/?小鼠大脑中的微胶质细胞数量相对较低。最后，与Hpse?/?动物的OL相比，Hpse+/+小鼠的OL中pNF-κB（一种已知的炎症标志物）水平更高。这些发现表明，HPSE增强了神经炎症反应以及大脑组织结构的重塑，加剧了HSV-1对宿主的影响。 HPSE促进HSV-1诱导的神经炎症 为了进一步了解HPSE如何放大神经炎症和HSV-1发病机制，研究调查了其对其他宿主炎症因子的影响。鉴于本研究采用鼻内途径进行HSV-1感染，研究假设HPSE会类似地加剧大脑内的炎症过程。与假设一致，观察到在Hpse+/+小鼠的OL和TG中，关键促炎细胞因子Il17a和趋化因子Ccl5的mRNA水平显著升高，与Hpse?/?小鼠相比。关键抗炎细胞因子Il10在Hpse+/+小鼠的OL和TG中表达显著增加，这也为炎症环境和组织损伤提供了额外证据。此外，诱导型一氧化氮合酶（Nos2）在Hpse+/+小鼠中显著上调，这种酶在炎症刺激下产生反应性氮物种。这种上调可能加剧由细胞因子释放引起的炎症，进一步加剧组织损伤并促成持续的神经炎症状态。组织学分析支持这些发现，揭示了Hpse+/+小鼠大脑中存在显著的结构改变，而在Hpse?/?小鼠中这些改变被最小化。这些数据强调了HPSE驱动的炎症是导致严重HSV-1诱导的神经炎症和相关病理的关键因素。 HSV-1感染后组织特异性TLR表达变化 在发现Hpse+/+小鼠大脑中炎症标志物升高后，研究检查了Toll样受体（TLRs），它们是识别病毒成分和启动免疫反应的关键因素。之前的研究表明，TLR介导的信号级联反应可放大炎症和氧化应激。因此，研究测量了Hpse+/+和Hpse?/?*小鼠中各种TLRs的表达，这些受体之前