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研究人员为探究神经元免疫及抗病毒反应，以脑类器官为模型，发现旁侧神经元祖细胞可促进保护性抗病毒反应。
在大脑这个神秘的 “城堡” 里，神经细胞们各司其职，维持着人体的正常运转。然而，神经嗜性病毒（Neurotropic viruses）就像一群不速之客，常常闯入大脑，引发感染性脑炎，严重威胁着人们的健康。一直以来，神经元在病毒感染过程中的角色都有些 “神秘”。虽然神经元能表达模式识别受体，感知病毒并激活先天性免疫途径，但以往它常被认为是被动的靶细胞，而神经胶质细胞才被看作是协调抗病毒免疫的主力军。同时，神经元亚型之间是否存在相互作用，以及它们对整体抗病毒免疫的贡献也尚不明确。此外，许多病毒还进化出了对抗 Ⅰ 型干扰素（IFN）信号的能力，以此逃避先天性免疫反应的激活，这让情况变得更加复杂。在这种背景下，研究神经元内在免疫反应以及细胞间的相互作用，对于揭示大脑抗病毒机制、开发新的抗病毒策略至关重要。
美国宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院的研究人员 Seble G. Negatu、Christine Vazquez 等人开展了相关研究，论文发表在《Journal of Neuroinflammation》上。该研究发现，在没有病毒对抗的情况下，神经元能够转录诱导强大的干扰素信号，并且可以有效地向未感染的旁侧神经元发出信号。此外，研究还揭示了感染神经元和旁侧神经祖细胞之间的抗病毒相互作用是由 Ⅰ 型干扰素信号介导的，这一发现为理解大脑的抗病毒免疫机制提供了新的视角，有望为开发对抗神经嗜性病毒感染的新疗法奠定基础。
为开展这项研究，研究人员主要用到了以下关键技术方法：
- 细胞培养技术：包括小鼠胚胎皮质神经元培养、人诱导多能干细胞（iPSC）来源的前脑类器官培养等，用于模拟不同的神经细胞环境。
- 病毒感染实验：使用野生型拉沙热病毒（WT-LACV）和缺失 NSs 蛋白的重组病毒（ΔNSs-LACV）感染细胞和类器官，研究病毒感染后的细胞反应。
- 基因编辑技术：利用 CRISPR/Cas9 技术敲除 iPSC 中的 Ⅰ 型干扰素受体 IFNAR1，构建 IFNAR1-/-前脑类器官，探究 Ⅰ 型干扰素信号通路的作用。
- 测序技术：进行批量 RNA 测序和空间转录组学分析，了解基因表达变化以及不同区域细胞的基因表达特征。
- 成像技术：运用荧光原位杂交（FISH）、免疫荧光等技术，观察病毒和蛋白的定位及表达情况。
研究结果如下：
- 病毒对抗掩盖了神经元诱导强大干扰素信号的内在能力：研究人员培养小鼠胚胎皮质神经元，分别用 WT-LACV 和 ΔNSs-LACV 感染，通过批量 RNA 测序发现，在没有病毒对抗（如 ΔNSs-LACV 感染）时，神经元有很强的能力感知病原体并诱导 IFN 特异性基因的表达，这表明神经元在正常情况下具有强大的抗病毒潜力，只是被病毒的对抗机制所掩盖。
- 未感染的旁侧神经元诱导先天性免疫反应：利用 ΔNSs-LACV 感染小鼠神经元，通过 FISH 和流式细胞术分选不同感染状态的神经元进行 RNA 测序。结果发现，未感染的旁侧神经元能诱导先天性免疫反应，其 Ⅰ 型干扰素反应基因的表达模式与感染神经元相似，但这种转录诱导在二维培养中并不能限制病毒复制。
- 人类前脑类器官内的神经元间通讯揭示旁侧神经祖细胞产生保护性 ISG：由于小鼠二维皮质神经元培养存在局限性，研究人员采用人 iPSC 来源的前脑类器官进行研究。感染 WT-LACV 或 ΔNSs-LACV 后发现，前脑类器官在没有免疫对抗的情况下有有效的抗病毒反应，未感染的旁侧神经元（神经祖细胞）能诱导先天性信号传导，限制病毒复制，这表明旁侧神经祖细胞在抗病毒保护中发挥着重要作用。
- 旁侧神经祖细胞内的干扰素信号限制病毒传播和复制：使用 JAK 抑制剂鲁索替尼（ruxolitinib）处理前脑类器官，发现抑制 JAK 信号会促进病毒抗原扩散，消除 IFIT1 表达；用重组 IFNβ 处理则激活先天性免疫，但对病毒限制效果不明显。通过 CRISPR/Cas9 敲除 IFNAR1 构建 IFNAR1-/-前脑类器官，感染后发现病毒存在增加，IFIT1 蛋白缺失。这些结果表明，旁侧神经祖细胞的先天性免疫激活通过 Ⅰ 型干扰素依赖的细胞间通讯限制病毒传播。
- 空间转录组学揭示旁侧祖细胞激活的不同区域：利用空间转录组学技术对感染 ΔNSs-LACV 的前脑类器官进行分析，发现不同区域的感染程度和 IFIT1 表达存在差异。其中，cluster 2 区域 IFIT1 蛋白表达最高，基因表达分析显示该区域有独特的抗病毒基因特征，表明该区域可能代表了具有保护性免疫的细胞间通讯区域。
- 空间分辨率揭示神经元保护性抗病毒反应的关键基础：通过分析不同区域 IFIT1 和病毒蛋白表达的相关性，发现 cluster 2 区域高表达 IFIT1 且病毒感染少，而其他一些区域则相反。进一步的差异基因表达分析表明，cluster 2 区域通过强大地诱导特定的抗病毒和调节 ISGs 来协调抗病毒反应。
研究结论和讨论部分指出，神经元在病毒感染过程中的作用比以往认为的更加积极。虽然在二维培养中神经元的抗病毒反应不能限制病毒传播，但在三维前脑类器官中却表现出保护能力，这凸显了神经元结构和异质性在促进细胞间通讯和产生有效抗病毒反应中的重要性。此外，研究还发现神经祖细胞在抗病毒反应中起着关键作用，它们能作为未感染的旁侧细胞，防止病毒复制和传播。然而，研究也存在一定的局限性，如空间转录组学的分辨率有限，每个点代表多个细胞，未来需要在单细胞水平上进一步研究。总体而言，该研究揭示了神经元内在抗病毒反应的机制，为开发新型抗病毒药物提供了理论依据，有助于保护大脑免受神经嗜性病毒的感染。
