CD38介导脑内NAD+耗竭在寨卡病毒感染小鼠模型中的关键作用及神经炎症机制研究

《iScience》：CD38 is a key mediator of NAD+ depletion in the brain of ZIKV-infected mice

本研究针对寨卡病毒(ZIKV)感染引发神经系统损伤中NAD+代谢紊乱的机制难题，通过时间动态分析发现CD38是驱动脑内NAD+晚期耗竭的关键酶。研究人员采用感染模型证实CD38活性上升与免疫细胞浸润同步，且CD38特异性抑制剂可逆转NAD+下降。该研究首次揭示神经炎症通过CD38导致NAD+代谢失调的机制，为干预先天性寨卡综合征提供了新靶点。

　　

当寨卡病毒在2015年引发全球公共卫生危机时，科学界最震惊的发现是该病毒能够穿越胎盘屏障，导致胎儿出现小头畸形等严重神经系统缺陷。虽然病毒直接感染神经前体细胞已被确认为主要致病因素，但隐藏在细胞内部的代谢紊乱机制却始终笼罩在迷雾之中。近年研究发现，烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD⁺)——这个参与能量代谢和细胞信号转导的关键分子，在寨卡病毒感染的胚胎大脑中显著下降，而补充NAD⁺前体能够减轻神经元损伤。然而，究竟是什么原因导致NAD⁺水平下降？是病毒直接作用还是宿主免疫反应间接导致？这个问题成为领域内亟待解决的科学难题。

针对这一空白，巴西联邦里约热内卢大学的Georgia N. Saraiva等研究人员在《iScience》上发表了他们的最新发现。他们建立了一个与人类妊娠晚期神经系统发育相对应的小鼠感染模型，通过系统性的时间动态分析，揭示了一个令人意外的现象：NAD⁺下降并非发生在病毒复制高峰期，而是延迟出现，并且与一种名为CD38的NAD⁺水解酶活性密切关联。

研究团队采用了一套多技术融合的研究策略：通过皮下感染新生小鼠模拟病毒传播路径，利用绝对定量PCR精确追踪病毒载量动态，结合高效液相色谱技术检测NAD⁺代谢物水平，采用Western blotting和荧光底物法分别评估蛋白表达和酶活性变化，并运用流式细胞术深入解析脑组织免疫细胞浸润特征。这些技术的综合应用为机制解析提供了多维证据。

NAD⁺水平在感染后期显著下降

研究人员每三天检测一次感染小鼠脑内NAD⁺水平，发现直到感染后18天才出现显著下降，在24天时达到最低点（下降34%）。值得注意的是，病毒复制在12天时已达到峰值，随后逐渐下降。这种时间上的延迟表明NAD⁺耗竭并非病毒复制的直接结果，而是后期事件。

PARP家族诱导与病毒复制同步但不驱动NAD⁺下降

为寻找导致NAD⁺下降的元凶，团队首先检测了已知的NAD⁺消耗酶。发现Parp10和Parp12在感染早期（3-12天）显著上调，最高分别增加55.7倍和38.5倍，且与病毒RNA水平高度相关。然而，这些酶的诱导高峰比NAD⁺下降早一周以上，表明它们可能参与早期抗病毒反应，但不是后期NAD⁺耗竭的主要原因。

CD38是介导NAD⁺耗竭的关键酶

研究人员将目光转向另一类NAD⁺水解酶。通过检测总NADase活性，发现从18天开始显著增加，与NAD⁺下降曲线完美对应。在多种NADase中，只有Cd38的mRNA表达在后期（15-24天）持续上调，最高增加2.7倍。更重要的是，使用特异性抑制剂78c证实，脑内99%的NADase活性来自CD38，且CD38依赖性活性在18-24天显著增加。Western blotting进一步显示CD38蛋白在24天时增加3.16倍。

CD38抑制有效防止NAD⁺耗竭

为确认CD38的功能作用，研究人员在感染21天时向脑室内注射CD38阻断抗体Ab68。结果显示，Ab68处理完全阻止了感染引起的NAD⁺下降，而对照组小鼠NAD⁺水平下降14%。这一干预实验直接证明了CD38在介导NAD⁺耗竭中的因果关系。

NAMPT代偿性上调不足以抵消CD38介导的消耗

在NAD⁺合成方面，NAMPT（烟酰胺磷酸核糖转移酶）作为补救合成途径的限速酶，在感染早期（6-15天）即被诱导，mRNA水平最高增加2.49倍。蛋白水平在12天时增加2.4倍，并在后期保持升高状态。这种持续上调可能是一种代偿反应，但显然不足以对抗CD38介导的强烈消耗。

神经炎症先于CD38诱导

由于CD38已知受炎症因子调控，团队检测了脑内炎症介质的时间动态。发现IL-6、TNF-α和CCL5/Rantes均在感染早期（9-12天）显著上调，其中CCL5/Rantes增加超过2000倍，但都在CD38上调之前达到峰值。IL-6蛋白水平在12天时增加后迅速恢复正常，表明炎症反应早于CD38激活。

CD38⁺免疫细胞浸润是CD38上调的主要来源

通过流式细胞术分析24天时的脑组织免疫细胞，发现CD45⁺CD11b^-细胞（主要为淋巴细胞）增加13.4倍，CD3⁺T细胞增加6.66倍，CD19⁺B细胞增加8.76倍。重要的是，T细胞和B细胞中CD38表达分别增加3.53倍和4.64倍。CD11b⁺TMEM119^-巨噬细胞也显示CD38表达增加，而TMEM119⁺小胶质细胞虽数量增加但CD38表达不变。

研究结论深刻揭示了寨卡病毒感染中神经炎症与代谢紊乱的因果关系。该研究首次明确CD38是感染后期脑内NAD⁺耗竭的主要驱动因子，而这一过程与免疫细胞浸润密切相关。特别值得注意的是，CD38介导的NAD⁺下降发生在病毒复制高峰之后，此时病毒已被控制，但免疫反应仍在持续，这种“免疫代谢失调”可能是导致长期神经功能损伤的关键机制。

从治疗视角看，该研究为干预先天性寨卡综合征提供了新策略。既然CD38抑制能够有效防止NAD⁺耗竭，那么针对CD38的疗法可能与NAD⁺前体补充形成协同效应。更广泛而言，这种神经炎症驱动的代谢重编程机制可能也存在于其他神经病毒感染或神经退行性疾病中，为理解免疫代谢交互作用提供了新范式。

研究的创新性在于将时间动态分析、酶活性检测和免疫细胞表型分析有机结合，清晰描绘了从病毒复制到炎症反应，再到代谢紊乱的完整病理过程。然而，如作者所指出的，CD38⁺免疫细胞是否直接导致NAD⁺耗竭仍需更直接的证据，而CD38抑制对长期神经功能的影响也值得进一步探索。这些遗留问题为后续研究指明了方向，同时也凸显了代谢免疫调控在神经病毒感染中的复杂性和重要性。