微重力对单纯疱疹病毒1型感染、神经炎症和内源性逆转录病毒激活的影响

《Journal of NeuroVirology》：Unveiling the impact of simulated microgravity on HSV-1 infection, neuroinflammation, and endogenous retroviral activation in SH-SY5Y cells

本研究聚焦微重力环境对HSV-1复制、宿主炎症反应及HERV激活的影响，揭示了微重力对病毒复制的抑制作用以及对宿主免疫相关基因表达的上调效应，为航天健康防护提供了重要依据。

　　在浩瀚的宇宙探索中，微重力环境对人类健康的潜在影响一直是科学家关注的焦点。微重力（μg，小于1×10?3g的力）作为太空探索中的关键环境因素，已被证实可显著影响人类细胞和微生物病原体的代谢过程。单纯疱疹病毒1型（HSV-1）是一种广泛流行的嗜神经病原体，可引发从轻微唇疱疹到严重神经系统疾病（如脑炎）等多种临床症状。HSV-1感染后，病毒会在三叉神经节中建立终生潜伏，并在应激、发热、紫外线暴露等刺激下周期性再激活。近年来，越来越多的证据表明HSV-1与神经炎症及神经退行性疾病（如多发性硬化症、帕金森病和阿尔茨海默病）的发病机制密切相关。此外，研究还发现疱疹病毒可转录激活人类内源性逆转录病毒（HERVs），其联合活性在多发性硬化症患者和健康人群中均显著增强了细胞免疫反应。HERVs是数百万年前整合到人类基因组中的病毒序列，在正常情况下大多沉默，但其过表达与多种炎症性疾病密切相关。值得注意的是，已有研究记录航天任务期间和任务后，宇航员体内潜伏病毒（包括疱疹病毒）再激活的频率增加，这与微重力暴露引起的免疫系统失调密切相关。然而，微重力对HSV-1复制及其与宿主细胞系统相互作用的具体影响尚不清楚。为此，意大利萨萨里大学的研究人员开展了一项研究，旨在探究模拟微重力对HSV-1复制以及宿主细胞炎症细胞因子（如IL-1、IL-6、TNF-α）和HERV基因（HERV-K env、HERV-W env、HERV-H env）表达的影响。研究结果发表在《Journal of NeuroVirology》上，为理解微重力环境对病毒-宿主相互作用的影响提供了新的视角。 研究人员采用了随机定位机器（RPM）来模拟微重力环境，通过在三个轴向上的旋转模拟太空环境。选用人类神经母细胞瘤SH-SY5Y细胞作为研究模型，该细胞系是研究神经活动、病毒感染和宿主-病原体相互作用的公认体外模型。实验中，研究人员首先对野生型HSV-1（HSV-1 F株）进行培养和滴度测定，然后将SH-SY5Y细胞在不同条件下培养并感染HSV-1。实验分为1 g（正常重力）和模拟微重力（μg）两组，分别在3 h、6 h、12 h和24 h等不同时间点收集细胞样本，用于后续的病毒滴度测定、细胞活性检测、RNA提取和实时定量PCR分析等。实验结果显示，在早期时间点（3 h、6 h和12 h），模拟微重力条件下HSV-1的复制与1 g条件下相比并无显著差异。然而，在感染后12 h，1 g条件下的病毒复制显著增加，与模拟微重力条件相比差异显著（p < 0.001）。此外，研究人员还分析了HSV-1早期关键基因（ICP0、ICP4和ICP27）的表达水平，发现在24 h时，1 g条件下的基因表达显著高于模拟微重力条件（p < 0.001），这与病毒滴度测定结果一致，进一步证实了模拟微重力对HSV-1复制的抑制作用。在细胞活性方面，虽然模拟微重力条件下非感染SH-SY5Y细胞的活性略有下降，但与1 g条件相比差异并不显著。然而，感染HSV-1的SH-SY5Y细胞在模拟微重力条件下的活性最低，表明微重力可能对病毒感染细胞的活性产生负面影响。在炎症细胞因子和HERV基因表达方面，研究人员发现在非感染SH-SY5Y细胞中，模拟微重力条件下IL-1和IL-6基因表达在短期（3 h、6 h）内显著增加，但到12 h时表达水平已与1 g条件相当。而TNF-α基因表达在模拟微重力条件下并未发生变化。在感染HSV-1的SH-SY5Y细胞中，模拟微重力条件下IL-1、IL-6和TNF-α基因的表达水平在24 h时显著高于1 g条件（p < 0.05）。同时，HERV-K env、HERV-W env和HERV-H env基因在模拟微重力条件下也表现出显著的上调趋势，尤其是在感染细胞中，这种上调更为明显。研究人员还对病毒基因表达（HSV-1）、HERV基因表达与炎症细胞因子基因表达之间的相关性进行了分析。结果显示，在1 g和模拟微重力条件下，HSV-1基因表达与HERV基因表达之间均存在显著的正相关关系。在1 g条件下，ICP0与HERV-K env（r = 0.761, p = 0.036）和HERV-H env（r = 0.802, p = 0.021）之间存在正相关；而在模拟微重力条件下，ICP0与HERV-K env（r = 0.929, p = 0.000）、HERV-W env（r = 0.714, p = 0.04）和HERV-H env（r = 0.870, p = 0.003）之间，ICP4与HERV-K env（r = 0.953, p = 0.000）、HERV-W env（r = 0.758, p = 0.02）和HERV-H env（r = 0.937, p = 0.000）之间，以及ICP27与HERV-K env（r = 0.870, p = 0.004）和HERV-H env（r = 0.976, p < 0.0001）之间均存在显著相关性。此外，在1 g条件下，HERV基因表达与IL-1之间也存在显著相关性，涉及HERV-K env-IL-1（r = 0.912, p = 0.001）、HERV-W env-IL-1（r = 0.729, p = 0.03）和HERV-H env-IL-1（r = 0.764, p = 0.02）。在模拟微重力条件下，HERV基因表达与IL-1和IL-6之间的相关性更为显著，包括HERV-K env-IL-1（r = 0.982, p < 0.0001）、HERV-W env-IL-1（r = 0.856, p = 0.006）、HERV-H env-IL-1（r = 0.856, p = 0.006）、HERV-K env-IL-6（r = 0.946, p = 0.0004）、HERV-W env-IL-6（r = 0.838, p = 0.0093）和HERV-H env-IL-6（r = 0.775, p = 0.023）。这些结果表明，模拟微重力不仅抑制了HSV-1的复制，还增强了宿主细胞的炎症反应和HERV基因的激活，这可能与微重力对宿主细胞能量代谢和免疫系统功能的调控有关。HSV-1的复制依赖于宿主细胞的能量资源和分子机制，微重力可能通过影响宿主细胞的增殖、细胞周期调节因子、细胞骨架蛋白和ATP产生等多方面来抑制HSV-1的复制效率。此外，微重力引起的氧化应激增加也可能对HSV-1的复制产生负面影响。尽管HSV-1基因表达和病毒滴度在模拟微重力条件下降低，但宿主细胞的炎症反应和HERV基因表达却显著上调，这可能反映了微重力对宿主免疫系统的直接调控作用。这种上调可能与微重力引起的细胞内信号通路改变、转录因子活性变化以及表观遗传修饰等因素有关。研究还指出，HSV-1感染本身可诱导炎症反应和HERV激活，而微重力可能进一步加剧了这一过程。在非感染细胞中