新生儿轮状病毒感染中铁调素-铁轴失调通过铁死亡机制损害抗病毒免疫并诱发致死性肝损伤的机制研究

《Immunity》：A dysregulated hepcidin-iron axis impairs antiviral immunity and induces lethal liver pathology in neonates

本研究针对新生儿系统性轮状病毒（RV）感染引发胆道闭锁（BA）及肝损伤的机制不明问题，通过单细胞测序和动物模型发现，持续性I型干扰素（IFN-I）信号通过上调铁调素（hepcidin）表达，抑制铁转运蛋白SLC40A1功能，导致巨噬细胞铁蓄积、脂质过氧化和铁死亡（ferroptosis），进而促进病毒复制和肝损伤。补充叶酸（FA）可逆转该通路，降低BA患儿胆管炎和肝移植风险，为靶向铁代谢治疗新生儿病毒感染提供了新策略。

　　

新生儿轮状病毒（Rotavirus, RV）感染是全球5岁以下儿童严重胃肠炎的主要病因，但现有疫苗对系统性感染（如胆道闭锁、神经障碍等）的保护效果有限。尤其令人困惑的是，新生儿在免疫系统健全的前提下，却对RV引起的肝损伤高度易感，其机制长期未明。胆道闭锁（Biliary Atresia, BA）作为一种新生儿致命性胆管病变，虽可通过Kasai手术暂时缓解，但多数患者仍会进展至肝衰竭，而病毒感染与BA的关联性一直缺乏直接证据。

为揭示RV感染导致肝损伤的机制，徐艳慧等人通过分析BA患儿临床样本和RV感染的新生鼠模型，发现持续性I型干扰素（IFN-I）信号激活是驱动肝损伤的核心环节。该研究综合运用单细胞RNA测序（scRNA-seq）、空间转录组、免疫荧光、铁代谢检测和基因敲除小鼠模型，首次提出“IFN-I–hepcidin–铁轴”失调是连接病毒感染、铁代谢异常和肝细胞死亡的关键通路。

关键技术方法概述

研究纳入76例BA患儿、32例胆总管囊肿（CC）对照和25例健康对照，采集配对肝组织和空肠活检样本进行scRNA-seq和空间转录组分析。通过RV感染新生BALB/c小鼠模拟BA表型，并利用髓系特异性Slc40a1基因敲除（Slc40a1^MKO）小鼠验证铁蓄积的致病作用。干预手段包括IFN-I受体阻断抗体、JAK抑制剂（tofacitinib）、铁螯合剂（deferoxamine）、维生素E（抗氧化剂）、hepcidin中和抗体及叶酸钙（calcium folinate）治疗。临床部分开展开放标签试验（ChiCTR2100050992），评估叶酸对BA患儿的疗效。

研究结果

BA患儿呈现IFN-I持续激活与抗病毒功能受损

BA患儿血清中RV特异性IgG/IgM/IgA抗体显著升高，肝内巨噬细胞和胆管上皮细胞中检测到RV病毒蛋白VP6，且IFN-β水平异常升高，但病毒复制仍活跃，提示IFN-I信号虽激活却未能清除病毒。

肠上皮细胞铁代谢紊乱驱动系统铁过载

scRNA-seq显示BA患儿空肠上皮细胞中铁吸收蛋白SLC11A2极性分布破坏，而铁输出蛋白SLC40A1表达下降且定位异常，导致肠道铁排泄障碍。血清铁、铁蛋白和肝组织铁沉积显著增加，粪便铁含量降低，证实系统铁过载与肠道铁分泌缺陷相关。

铁死亡介导肝肠上皮细胞损伤

BA患儿肝和肠组织中谷胱甘肽过氧化物酶4（GPX4）表达下调，线粒体结构破坏，氧化磷脂（如4-羟基壬烯酸，4HNE）积累，细胞死亡（TUNEL⁺）增加，表明铁依赖的脂质过氧化和铁死亡是组织损伤的主要机制。

IFN-I通过hepcidin诱导铁蓄积并加重RV感染

在RV感染新生鼠中，IFN-I信号上调肝细胞和TREM2⁺巨噬细胞的hepcidin表达，抑制SLC40A1功能，导致铁滞留和病毒复制增强。阻断IFN-I信号或敲除Slc40a1均能逆转铁代谢异常，减轻肝损伤。

巨噬细胞铁蓄积促进病毒复制与免疫活化

Slc40a1^MKO小鼠的库弗细胞（Kupffer cells）铁蓄积增加，ABCE1（病毒RNA翻译促进因子）表达上调，促进RV复制并持续激活IFN-I和炎症反应，同时增强T细胞和B细胞活化，加剧肝纤维化。

叶酸通过调控hepcidin–铁轴改善肝损伤

叶酸受体FOLR2在BA患儿中表达降低，补充叶酸钙可抑制IFN-I和hepcidin表达，恢复SLC40A1功能，促进铁排泄，减少氧化应激。临床试验中，叶酸治疗显著降低BA患儿胆管炎发生率和肝移植需求。

结论与意义

本研究首次揭示新生儿RV感染中“IFN-I–hepcidin–铁轴”失调的核心作用：持续性IFN-I信号通过诱导hepcidin表达，导致巨噬细胞和肝细胞铁代谢紊乱，进而引发脂质过氧化、铁死亡和适应性免疫过度激活，最终推动肝衰竭进程。叶酸作为安全易得的营养素，可通过纠正该通路发挥治疗作用，为BA及其他RV相关新生儿疾病提供了新的靶点治疗策略。该研究不仅深化了对病毒感染与代谢免疫交叉对话的理解，也为临床转化提供了直接依据。