DISC1通过AMPK-mTOR通路介导的自噬抑制寨卡病毒感染并缓解长期神经损伤的机制研究

《Nature Communications》：DISC1 Protects Against Zika Virus Infection and Long-Term Neurological Damage Through AMPK-mTOR-Mediated Autophagy

本研究揭示了精神分裂症断裂基因1（DISC1）在寨卡病毒（ZIKV）感染中的新型保护作用。研究人员发现DISC1通过激活AMPK-mTOR信号通路促进自噬，从而抑制ZIKV在胎盘细胞和神经细胞中的复制，减轻病毒向关键器官的扩散，降低胎儿流产和宫内生长受限风险。更重要的是，DISC1能够缓解ZIKV感染引起的长期神经行为异常，包括记忆丧失、社交能力下降等。该研究为理解宿主因子在ZIKV致病机制中的作用提供了新视角，为开发针对先天性寨卡综合征（CZS）的治疗策略提供了潜在靶点。

　　

寨卡病毒（Zika virus, ZIKV）作为一种嗜神经性黄病毒，对孕妇构成了严重威胁，可能导致胎儿和婴儿出现多种发育缺陷，这些缺陷包括小头畸形、脑发育问题以及感觉障碍如视力听力损失，统称为先天性寨卡综合征（CZS）。除了这些即时缺陷，与垂直传播ZIKV相关的长期神经发育障碍——如神经发育功能障碍、行为和社会能力缺陷以及记忆障碍——可能会随时间推移而显现。这些影响甚至可能在出生时头围正常或没有明显症状的婴儿中出现。最近一项对216名产前暴露于ZIKV的儿童的随访研究发现，小头畸形仅占3.7%的病例。然而，尽管没有明显的CZS迹象，40.4%的儿童在评估认知、语言和运动领域的Bayley-III神经发育评估中得分低于平均水平。这些发现强调需要更好地理解宿主与ZIKV的相互作用，无论是在急性感染期间还是在明显恢复后，以确定可能减少发育影响并最小化ZIKV引起的长期损伤的潜在干预措施。

在这项发表于《Nature Communications》的研究中，研究人员揭示了精神分裂症断裂基因1（Disrupted in Schizophrenia 1, DISC1）——一个在神经发育中起关键作用且与多种精神疾病相关的蛋白——在ZIKV感染中的新型保护角色。尽管DISC1基因已被提出作为精神分裂症、重度抑郁症、双相情感障碍和潜在自闭症谱系障碍等精神疾病的危险因素，但其在病毒感染中的作用尚未充分探索。

研究人员通过转录组学和蛋白质组学分析发现，ZIKV感染增强了DISC1的表达。他们证明DISC1在人类胎盘细胞和神经胶质细胞以及小鼠巨噬细胞和原代皮质细胞中减弱ZISC1减少了ZIKV从小鼠外周组织向关键器官（包括子宫、睾丸和大脑）的传播，从而降低了胎儿流产率和宫内生长受限。值得注意的是，DISC1与脑损伤和长期ZIKV效应相关，包括记忆丧失、焦虑和抑郁减少、社交能力和社交新颖性下降。

从机制上讲，DISC1通过增强AMPKα磷酸化和减少mTOR磷酸化来激活自噬，从而对抗ZIKV感染。此外，DISC1与LC3相互作用进一步激活自噬，部分有助于减少ZIKV感染。

为了开展这项研究，研究人员运用了多项关键技术方法：他们通过转录组学和蛋白质组学分析筛选差异表达基因；利用CRISPR/Cas9技术构建Disc1基因外显子2敲除的小鼠模型；通过空斑试验、qRT-PCR和Western blot评估病毒感染水平；采用免疫共沉淀和质谱分析鉴定DISC1相互作用蛋白；使用包括Y迷宫、平衡木、高架十字迷宫和三室测试在内的行为学分析方法评估神经行为变化；并通过免疫荧光和H&E染色进行组织病理学分析。

DISC1减少胎盘细胞和神经胶质细胞中的ZISC1感染

研究人员首先通过转录组和蛋白质组学分析，在ZIKV感染的HTR8细胞中鉴定出DISC1在转录和翻译水平均上调。他们在HTR8和U251细胞中验证了ZIKV感染可增强DISC1表达。过表达DISC1显著降低了ZIKV感染，表现为病毒mRNA、蛋白表达和病毒滴度降低；而siRNA敲低DISC1则增加了ZIKV感染水平。

DISC1减少小鼠模型中的ZISC1感染

研究人员构建了Disc1敲低（KD）小鼠模型，发现与野生型（WT）小鼠相比，Disc1 KD小鼠在感染后第2天和第6天表现出更高的病毒血症和脾脏病毒mRNA水平。在感染后第6天，Disc1 KD小鼠大脑中的病毒mRNA水平显著高于WT小鼠，睾丸和子宫中的病毒载量也更高。从Disc1 KD小鼠分离的巨噬细胞中，ZIKV复制也增强。

DISC1减轻ZISC1诱导的小鼠胎儿先天性异常

在怀孕小鼠模型中，ZIKV感染导致Disc1 KD组比WT组出现更明显的胎儿死亡吸收和生长受限。Disc1 KD胎儿的胎盘和胎头中病毒mRNA水平显著更高，表明DISC1减轻了ZIKV感染并有助于缓解胎儿宫内生长受限（IUGR）。

DISC1与ZISC1感染新生小鼠的脑损伤和长期行为相关

新生小鼠颅内注射ZIKV后，Disc1 KD小鼠在感染后第3、6、9天以及6周龄时大脑重量和大小减少更明显。行为测试显示，DISC1与ZIKV诱导的工作记忆损伤、焦虑样行为减少、社交能力和社交新颖性识别受损相关。

DISC1通过AMPK-mTOR信号通路介导的自噬减少ZISC1感染

转录组学分析和IP/MS结果显示，DISC1过表达相关的差异表达基因和蛋白富集在自噬和AMPK-mTOR信号通路。DISC1过表达导致AMPKα磷酸化增加，mTOR磷酸化减少，P62水平降低，LC3A/B I向LC3A/B II转化增强，表明DISC1激活了AMPK-mTOR介导的自噬。用mTOR激活剂MHY1485处理可逆转DISC1介导的ZIKV减少，而自噬抑制剂氯喹（CQ）也能阻断这种减少。

DISC1可直接与LC3相互作用部分抑制ZISC1复制

研究人员构建了DISC1 LIR基序突变体（FSFI突变为AAAA），发现该突变消除了DISC1与LC3的相互作用。与野生型DISC1相比，DISC1突变体对ZIKV感染的抑制作用减弱，表明DISC1与LC3的相互作用在减少ZIKV感染中起部分作用。

DISC1通过自噬减少ZISC1诱导的脑损伤和长期神经行为损伤

组织学分析显示，Disc1 KD小鼠在ZIKV感染后海马齿状回（DG）和CA3区神经元损伤更严重。免疫荧光显示ZIKV感染的大脑自噬水平升高，但在Disc1 KD小鼠中自噬信号减弱。在原代皮质神经元中，Disc1 KD神经元表现出自噬活性受损，且ZIKV感染后AMPK-mTOR信号通路的激活减弱。

讨论与结论

本研究首次揭示了DISC1在ZIKV感染中的保护作用，证明其通过AMPK-mTOR信号轴促进自噬，从而抑制病毒复制。更重要的是，DISC1能够缓解ZIKV感染引起的长期神经行为异常，这可能解释了部分ZIKV感染母亲所生婴儿中观察到的长期神经学影响。尽管研究人员未能构建完全Disc1缺陷的小鼠模型，但大约50%的DISC1表达减少足以揭示DISC1在调节ZIKV发病机制中的作用。

这些发现强调了DISC1作为ZIKV易感性潜在遗传修饰因子的重要性，为神经发育障碍中的基因-病毒相互作用提供了新见解。该研究不仅揭示了DISC1在宿主防御中的新功能，还为开发针对CZS和ZIKV诱导的神经认知衰退的治疗策略提供了潜在靶点。需要进一步研究以阐明这些行为变化背后的机制以及DISC1在垂直传播中的作用。