当代高致病性禽流感H5N1病毒在人脑类器官中保留神经嗜性：神经致病潜力评估

《Open Forum Infectious Diseases》：Contemporary highly pathogenic avian influenza (H5N1) viruses retain neurotropism in human cerebral organoids

本研究针对当前广泛传播的clade 2.3.4.4b HPAI H5N1病毒是否具有神经嗜性和神经致病潜力这一关键问题，利用人脑类器官模型系统评估了两种当代病毒株与历史病毒株的神经侵袭能力。研究发现当代H5N1病毒在神经细胞中复制效率与历史毒株相当，但诱导的细胞死亡和炎症反应显著降低，表明其可能具有较低的神经致病潜力，为评估当前HPAI H5N1病毒对人类神经系统的风险提供了重要实验证据。

　　

近年来，高致病性禽流感H5N1病毒的传播态势引发了全球关注。特别是clade 2.3.4.4b分支的病毒在北美地区表现出前所未有的跨物种传播能力，从鸟类蔓延至多种哺乳动物，包括熊、狐狸、海豹，甚至最近在奶牛中暴发的疫情。更令人担忧的是，在这些受感染的食肉动物中，脑炎成为了常见的病理表现，这不禁让科学家们思考：这些正在传播的H5N1病毒是否对人类神经系统构成威胁？

历史数据似乎支持这种担忧。在以往的人类H5N1感染病例中，神经系统并发症并不少见，甚至有儿童因H5N1感染导致昏迷和死亡的报道。然而，当前流行的clade 2.3.4.4b病毒虽然感染了约70例人类病例，却主要引起轻微疾病，尚未报告神经系统并发症。这种差异是病毒本身特性改变所致，还是尚未被充分认识？这一问题亟待解答。

传统动物模型在研究病毒神经嗜性时存在局限性，不同品系的小鼠或不同接种途径会导致显著不同的结果，使得结果难以直接推及人类。而人脑类器官这一革命性技术为研究病毒与人类神经系统的相互作用提供了更接近真实的模型。在这种背景下，美国国立卫生研究院的研究团队开展了一项创新性研究，成果发表在《Open Forum Infectious Diseases》上。

研究人员采用了几个关键技术方法：使用人脑类器官作为人类神经系统的三维模型系统；通过病毒滴定评估病毒复制动力学；利用免疫荧光和免疫组化分析病毒细胞嗜性；采用单细胞RNA测序技术解析宿主细胞反应；通过细胞毒性检测和细胞因子分析评估病理损伤和炎症反应。研究对比了两种当代clade 2.3.4.4b HPAI H5N1病毒株（分别分离自牛和山狮）、一种历史clade 1 H5N1病毒株以及一种季节性H1N1病毒株的神经嗜性和神经致病性。

HPAI H5N1在人脑类器官中快速复制并引起细胞毒性

研究发现，三种HPAI H5N1分离株均能在人脑类器官中有效复制，在接种后第1天就能检测到感染性病毒释放到培养上清液中。值得注意的是，虽然所有H5N1毒株在整个研究期间产生的感染性病毒量相似，但季节性H1N1病毒BR2007未显示任何复制证据。在细胞毒性方面，HPAI H5N1病毒接种的类器官均表现出乳酸脱氢酶释放增加，表明存在细胞死亡，但当代毒株诱导的细胞毒性比历史毒株更缓慢且峰值更低。

在人脑类器官中观察到IAV抗原存在于神经元和星形胶质细胞标记物免疫反应区域

通过免疫荧光分析，研究人员证实了人脑类器官中存在预期的神经细胞类型，包括神经祖细胞、神经元样细胞和星形胶质细胞样细胞。病毒分布可视化显示，三种HPAI H5N1分离株的病毒抗原主要存在于富含神经元和星形胶质细胞样细胞的区域，这与在死亡患者中枢神经系统中检测到流感病毒抗原的模式一致。

感染脑类器官的单细胞RNA测序揭示旁观者细胞中的抗病毒反应

单细胞RNA测序分析提供了宿主对感染反应的精细视角。研究发现，在HPAI H5N1感染的细胞中，病毒转录本占总测序读数的50-80%，这种高比例的病毒转录本严重影响了宿主基因的检测。感染细胞主要聚集在表达神经元标记基因的簇中，表明HPAI H5N1主要在神经元中复制。干扰素反应仅在一小部分细胞中观察到，且这些细胞主要是未感染或病毒计数较低的旁观者细胞，表明HPAI H5N1病毒能有效规避神经细胞中的先天免疫反应。

VN2004在人脑类器官中诱导促炎反应

在细胞因子和趋化因子产生方面，历史毒株VN2004在人脑类器官中诱导了最强烈的促炎反应，包括IL-8、M-CSF、CXCL10、IFN-β、IL-1α和IL-6的升高趋势。而当代毒株诱导的炎症反应相对较弱。特别值得注意的是，IL-6水平升高与人类患者流感相关脑病的发生有关，可能是预后不良的指标。

研究结论表明，当代clade 2.3.4.4b HPAI H5N1病毒在神经嗜性方面与历史毒株相似，均能有效感染人脑类器官中的神经元和星形胶质细胞样细胞。然而，关键区别在于当代毒株诱导的细胞死亡和促炎细胞因子产生水平较低，这可能意味着其对人类的神经致病潜力较低。

这一发现具有重要的公共卫生意义。当前流行的H5N1病毒虽然保留了侵入神经系统的能力，但可能不会引起历史上观察到的那种严重神经系统疾病。这或许解释了为什么当前人类感染病例主要表现为轻微症状，而缺乏神经系统并发症的报告。然而，研究人员也谨慎指出，人脑类器官模型缺乏小胶质细胞、内皮细胞或循环白细胞等免疫细胞，而这些细胞在流感相关脑炎和脑病中可能发挥主导作用。

该研究展示了人脑类器官在模拟人类神经系统病毒感染方面的价值，为未来研究病毒神经致病机制提供了有力工具。随着H5N1病毒继续进化和传播，持续监测其神经嗜性和神经致病潜力变化至关重要，以便及时评估公共卫生风险并制定相应的防控策略。