【病毒学前沿】细胞焦亡：狂犬病毒致病“幕后推手”
【病毒学前沿】细胞焦亡：狂犬病毒致病“幕后推手”
狂犬病是一种由狂犬病毒（Rabies Virus，RV）引起的急性传染病，主要通过动物咬伤传播。近年来，随着一系列恶犬伤人事件的频繁发生，这一和谐景象背后隐藏的健康风险也逐渐浮出水面，引起了社会各界的广泛关注和深入讨论。对狂犬病毒的研究与防控，也成为了公共卫生领域的重要议题。
近日，科学家在国际分子科学杂志上发表了一篇文章标题为“Rabies Virus Infection Causes Pyroptosis of Neuronal Cells”，主要研究了狂犬病病毒（RABV）感染导致神经细胞焦亡的机制。
狂犬病病毒属于单股负链病毒目（Mononegavirales）弹状病毒科（Rhabdoviridae）狂犬病病毒属（Lyssavirus）。病毒颗粒一端呈平坦或略凹状,另一端呈半圆形或子弹状。直径约75～80nm,长度约170～180nm。病毒具囊膜,表面有长约6～7nm的棘状突起 ,系由病毒糖蛋白(Glycoprotein，G蛋白)三聚体组成。囊膜内层是间质蛋白(Matrix protein，M蛋白)。中央为紧密的螺旋状核衣壳,直径约50nm,由单链RNA基因组、核蛋白(Nucleoprotein，N蛋白)、大蛋白(Large protein，L蛋白)和磷酸化蛋白(Phosphoprotein，P蛋白)组成。
狂犬病毒（Rabies Virus，RV）基因组为单股负链RNA，长约12 kb，由3′端至5′端依次排列着N、P、M、G和L共5个狂犬病毒的结构基因，分别编码核蛋白、磷蛋白、基质蛋白、糖蛋白和多聚酶大蛋白。
小贴士：病毒基因功能
1.核蛋白（Nucleoprotein）简称N蛋白，基因全长1424个核苷酸，N蛋白基因序列相对恒定，点突变较少，是狂犬病病毒基因分型的主要依据。N蛋白的磷酸化能调节病毒的转录和复制；与基因组RNA结合，能保护病毒RNA免遭核酸酶破坏；在成熟的病毒粒子中，N蛋白还是构成核衣壳螺旋对称结构的主要成分。
2.磷蛋白（Phosphoprotein）简称P蛋白，P蛋白的主要功能是作为辅助因子，通过与L蛋白相互作用构成完整的具有活性的RNA聚合酶，同时调节病毒RNA的复制和病毒包装。
3.基质蛋白（Matrixpotein）简称M蛋白，由202个氨基酸残基组成，在病毒颗粒中发挥着连接病毒囊膜和核衣壳的作用。M蛋白可以调控病毒RNA复制及病毒的组装，在病毒装配和出芽过程中起关键作用。
4.糖蛋白（Glycoprotein）简称G蛋白，是狂犬病病毒唯一的包膜蛋白，负责结合细胞受体，介导病毒侵入，决定病毒的致病性和组织嗜性。
5.多聚酶/大蛋白（Polymerase or Largeprotein）简称L蛋白，是狂犬病病毒最大的结构蛋白，由约2127个氨基酸残基构成。与N、P蛋白相互作用，和病毒RNA共同构成狂犬病病毒核衣壳。L蛋白还是一种多功能蛋白，除了作为转录和复制必需的多聚酶，还参与病毒mRNA的多腺苷酸化、加帽和甲基化等。
为了阐明RABV诱导的神经元损伤的分子机制， 研究团队选取了三种不同毒力的RABV株：rRC-HL（低毒力）、GX074（中等毒力）和CVS-24（高毒力），分别感染小鼠。根据组织化学和透射电子显微镜(TEM)扫描，证实了RABV感染诱导了神经元的严重损伤。
通过分析感染4天和7天后小鼠脑组织的转录组表达谱，发现与焦磷酸途径相关的多个基因显著上调，包括gasdermin D (Gsdmd)、Nlrp3、caspase-1和IL-1β，以及趋化因子基因Ccl2、Ccl3、Ccl4、Ccl5、Ccl7、Ccl12和Cxcl10。尤其是Gsdmd蛋白的表达水平在感染不同RABV株的神经元中都显著上调。
通过质谱发现，所选蛋白质与至少九种其他蛋白质相互作用，包括Dsdmd，Il-10，TNF，Il-6，H2超家族，Cxcl10，B2m和Stat1。这些蛋白被认为是RABV CVS感染期间中枢神经系统中的关键中枢蛋白。与Gsdmd相互作用的蛋白质包括Casp1、Casp4、Naip2、Ctss、B2m、Hpse、Arg1、Chit1和Ptx3这些蛋白质相互作用可能参与细胞焦亡，这意味着RABV感染可能导致细胞焦亡。
在分离的神经元细胞中，研究团队同样观察到了与细胞焦亡相关的基因表达上调。尤其在强毒CVS-24感染组，Gsdmd、Nlrp3、IL-1β和casp1基因的mRNA水平在7 dpi时显著增加，而rRC-HL感染组未见显著变化，这与整体脑组织中的发现相一致，表明细胞焦亡不仅在整体水平上被激活，也在神经元细胞中特异性发生。
这项研究揭示了狂犬病毒通过诱导神经细胞焦亡来致病的机制，为狂犬病的防治提供了新的思路和靶点。未来的研究可以进一步探索如何通过抑制细胞焦亡来减轻狂犬病毒感染引起的神经损伤，为开发新的治疗策略提供科学依据。
参考文献：
Yu, Dongling et al. “Rabies Virus Infection Causes Pyroptosis of Neuronal Cells.” International journal of molecular sciences vol. 25,11 5616. 22 May. 2024, doi:10.3390/ijms25115616