人类脑血管长达400英里，脑血管能够选择性地向中枢神经系统（central nervous system，CNS）输送营养物质，并从CNS交换代谢产物至循环系统[1]。血脑屏障（blood brain barrier，BBB）是决定脑血管选择性物质运输的结构单元，分隔血液和大脑的生理屏障。正常情况下，机体BBB的存在能够阻挡血液中各类细胞、蛋白和有害病原的进入。在中枢神经系统的疾病往往伴随着BBB的破坏，例如脑肿瘤形成、脑局部缺血、高血压、阿尔兹海默症、癫痫、感染性疾病、多发性硬化和脑部创伤等[2]。BBB的严重破坏往往会引起机体强烈不可控的炎症反应，甚至导致死亡。日本乙型脑炎病毒感染过程中，病毒能够以不破坏BBB的方式，通过单核细胞携带的方式进入CNS[3]，而病毒诱导的炎症因子风暴最终引起了BBB的破坏[4]。寨卡病毒（Zika virus，ZIKV），作为与日本乙型脑炎病毒同一病毒属成员，关于其入侵中枢神经系统的方式知之甚少。因此，探讨ZIKV感染入侵CNS的机制，对于ZIKV感染后的治疗具有重要借鉴意义。
阐述了一种ZIKV感染和入侵CNS的机制。该研究提示ZIKV感染新生小鼠后具有较高发病率和死亡率。ZIKV感染小鼠主要在大脑皮层和海马区进行复制，伴随着血脑屏障通透性的改变。体外BBB模型证实，ZIKV能以不改变BBB通透性的方式穿过BBB到达CNS。ZIKV感染通过抑制RPS6的磷酸化来抑制脑微血管内皮细胞（human brain microvascular endothelial cells，hBMECs）干扰素b（IFN-β）的翻译，促进病毒在hBMECs中的复制。此外，ZIKV感染hBMECs诱导干扰素刺激基因的表达和MAPK信号通路的活化。这些信号通路共同调控ZIKV在hBMECs中的复制。这项研究为ZIKV感染期间病毒在血脑屏障中复制和穿越血脑屏障提供新的见解。
作为一种新兴传染病，ZIKV引起的寨卡热的发病机制尚不明确。近年来研究发现，ZIKV对神经前体细胞具有较强的嗜性，并且ZIKV感染母体后病毒能够到达胎儿CNS并且引起典型的小头畸形症。然而，ZIKV感染和入侵CNS的方式存在较大的研究空白。为了模拟ZIKV感染及发病过程，此研究建立新生鼠ZIKV感染模型，解析ZIKV感染和发病机制。在ZIKV感染的新生鼠模型中，ZIKV MR766毒株和ZIKV H/PF/2013毒株均能导致明显的临床症状和体重的下降（图1B-C），MR766感染组小鼠第9天小鼠全部死亡，H/PF/2013感染组小鼠14天后全部死亡（图1A），说明ZIKV MR766比H/PF/2013毒株具有更强的毒力。组织病理切片表明，ZIKV感染能够引起明显的血管袖套、胶质细胞增生和免疫细胞浸润（图1D），这可能与ZIKV感染引起小鼠死亡有关。
图1.ZIKV感染C57BL/6野生型小鼠模型的建立
（图源：Wang et al., Virology, 2023）
为了探讨ZIKV的致病机理，研究者分析了ZIKV感染C57BL/6野生型小鼠后病毒的分布。通过检测肝脏、肺脏、脾脏、大脑、肾脏和肠道的病毒，发现ZIKV主要在大脑内复制，肠道中也有较低的复制，其他组织只有零星的复制（图2A）。在脑内，ZIKV感染能够诱导IFN-b mRNA显著增加（图2B）。间接免疫荧光分析发现病毒主要分布在大脑皮层区和海马区，其中在海马区呈聚集性分布（图2C-D）。ZIKV感染引起小鼠脑内炎性因子IL-6、TNF-a、IL-1b和IL-18表达上调，伴随着脑微血管内IgG的积累和IgG具有向血管外渗透的趋势，提示ZIKV感染引起脑微血管的渗漏。ZIKV的这种组织嗜性可能与ZIKV引起的成年人格里巴利综合症和胎儿小头畸形有关。
图2.ZIKV在小鼠大脑内的复制
（图源：Wang et al., Virology, 2023）
利用体外BBB—transwell模型研究了ZIKV感染与BBB破坏的相关性及病毒入侵的机理。ZIKV感染hBMECs后，跨内皮电阻和细胞旁通透性未发生改变，说明ZIKV自身并未改变血脑屏障的完整性（图3A-B）。但是，ZIKV感染后，能够在transwell下室检测到病毒（图3C），说明ZIKV可能是通过hBMECs管腔侧感染，从管腔基底侧释放进入CNS。ZIKV感染对hBMECs的细胞活性没有影响（图3D），也未改变紧密连接蛋白occludin和claudin-5的表达，但是引起粘附分子VE-cadherin和b-catenin表达上调（图3E），说明ZIKV感染促使hBMECs发生活化。事实上，ZIKV感染引起了hBMECs细胞骨架F-actin的重排（图3F-G）。
图3.ZIKV感染不改变内微血管内皮细胞的通透性
（图源：Wang et al., Virology, 2023）
ZIKV感染hBMECs能够以不破坏BBB的方式到达CNS，说明ZIKV可能在hBMECs内复制。研究人员发现ZIKV能够在hBMECs中复制较高，而在BV2中复制较低（图4A-B）。进一步分析发现，ZIKV感染hBMECs引起IFN-b mRNA极高水平的增加，而感染BV2诱导的IFN-b mRNA较为有限（图4C-D）。ZIKV感染hBMECs后，IFN-b蛋白的产生低于检测下限；而在BV2中感染前后，IFN-b均有较高水平的表达（图4E）。在hBMECs中IFN-b中mRNA和蛋白水平的不一致，提示ZIKV可能会影响IFN-b的翻译调控。研究者发现，ZIKV感染减少了核糖体蛋白S6（RPS6）的磷酸化（图4F）。考虑到ZIKV对IFN-b极为敏感，研究者在ZIKV感染的Vero培养液中外源添加IFN-b，发现IFN-b的存在降低了ZIKV的增殖（图4G）。这些结果表明ZIKV可能是通过抑制RPS6的磷酸化来抑制IFN-b的翻译。进一步发现ZIKV感染hBMECs可以诱导干扰素刺激基因的产生，激活MAPK信号通路，促进多种趋化因子的分泌。因此，这些过程可能共同调控了ZIKV在hBMECs中的复制。
图4.ZIKV通过抑制核糖体蛋白S6磷酸化来抑制IFN-b的翻译
（图源：Wang et al., Virology, 2023）
图5.ZIKV在hBMECs中感染复制和入侵CNS的流程图
（图源：Wang et al., Virology, 2023）
