【前沿&进展】Nature！上海交通大学蔡宇伽团队首次发现大脑专属抗病毒卫士

大脑对感染和炎症引起的损害高度敏感。单纯疱疹病毒1型（HSV-1）是一种嗜神经病毒，是单纯疱疹脑炎的病因。目前尚不清楚是否存在神经元特异性的抗病毒因子控制病毒复制以防止感染和过度的炎症反应，从而保护大脑。

2024年7月24日，上海交通大学蔡宇伽团队与丹麦奥胡斯大学Søren R Paludan团队合作在Nature在线发表题为“TMEFF1is a neuron-specific restriction factor forherpes simplex virus”的研究论文。该研究通过全基因组CRISPR筛选识别出TMEFF1是一个HSV-1限制因子。TMEFF1在中枢神经系统的神经元中特异性表达，并且不受I型干扰素（最著名的先天性抗病毒系统）的调控。

在干细胞衍生的人类神经元中敲除TMEFF1会导致HSV-1感染后病毒复制增加和神经元死亡。TMEFF1通过与nectin-1和非肌肉型肌球蛋白重链IIA和IIB（分别是病毒-细胞结合和病毒-细胞融合的核心蛋白）的相互作用，在病毒进入阶段阻止HSV-1的复制周期。值得注意的是，Tmeff1−/−小鼠在大脑中对HSV-1感染的易感性增加，但在外周则没有这种情况。在大脑内，病毒载量的增加特异性地观察到在神经元中。我们的研究确定TMEFF1是一个神经元特异性的限制因子，对于防止HSV-1在中枢神经系统中的复制至关重要。

对抗微生物感染的宿主防御是生物体和物种生存的最基本需求之一，可与充足的食物供应和成功繁殖后代相媲美。然而，免疫反应可能对宿主造成严重损害，并且消耗大量能量。因此，大多数免疫机制是可诱导的并且受到严格调控。尽管从原则上来说，这有助于防止感染的升级并促进最终消除感染，但它并未提供对感染建立的内在门槛，也不能完全保护对病原体或免疫介导损伤高度敏感的组织。其中一种组织就是中枢神经系统（CNS）。

HSV-1是一种高度流行的嗜神经双链DNA病毒，50-80%的成年人对其具有血清阳性反应。感染始于上皮细胞，随后扩散到感觉神经元，通常会导致复制控制和潜伏状态的建立。在少数情况下，HSV-1感染可通过外周神经到达CNS，引起单纯疱疹脑炎（HSE）。这种疾病的死亡率很高，尽管使用阿昔洛韦治疗可以改善预后，但仍有大量死亡病例，大多数幸存者会出现严重的神经后遗症。先天性免疫系统中干扰素（IFN）路径的缺陷使人们容易患HSE，通过在IFN路径中几个基因的功能丧失突变可以证明这一点。最近，在HSE患者中发现了一些被认为具有细胞内在抗病毒活性的致病基因变异，表明固有机制在脑中的抗病毒防御中也起着至关重要的作用。

CNS中的细胞被血脑屏障与身体其他部分隔离，因此限制了细胞和分子成分的进入。这限制了免疫细胞和炎性成分向CNS的流入。同时，神经元对过度的炎症反应高度敏感，且其自我更新能力有限。这些因素共同表明神经元具有独特的抗病毒策略，能够直接限制病毒复制而不激活炎症。然而，关于神经元中抗病毒防御机制的知识仍然很少，而且尚未确定神经元特异性的机制。近年来，基因组范围的CRISPR筛选已成为发现病毒-宿主相互作用中新重要因子的强大工具。例如，CRISPR筛选已经揭示了病毒的新受体、宿主依赖因子和限制因子（RFs）。

TMEFF1在中枢神经系统神经元中限制HSV-1的作用模型（图片源自Nature）

为了识别神经元特异性的HSV-1 RFs，作者在神经母细胞瘤细胞系SK-N-SH中应用了基因组范围的GeCKO v2 CRISPR库，该细胞系在核酸感应路径方面反应有限，并且在HSV-1感染时不引发IFN反应。为了支持使用SK-N-SH细胞系，作者首先确认在感染表达GFP的HSV-1后，敲除编码已知HSV RF SP100的基因会导致SK-N-SH细胞中HSV-1-GFP水平升高。接下来，将SK-N-SH Cas9+细胞转导了慢病毒单导向RNA（sgRNA）库，然后感染HSV-1-GFP，并根据GFP荧光强度对SK-N-SH细胞进行了分类。作者进行了两个平行筛选，通过比较GFP高群体和未分类的对照组来识别候选RF编码基因。根据未分类对照组和GFP高群体之间的富集倍数变化对候选基因进行了排名，从而识别出一组322个基因，每个基因在两次实验中至少由2个独立的sgRNA支持。根据这些基因的富集倍数变化排名绘制了折线图。排名前10的基因包括TMEFF1、NKX2-8和CTXN1，它们主要在神经组织中表达。敲除和过表达这三个基因后发现，TMEFF1在限制HSV-1的必要性和充足性方面表现出最高的效力。TMEFF1蛋白是一种I型跨膜蛋白，主要在神经元中表达。TMEFF1也在小鼠大脑中表达，且在HEK293T细胞中过表达小鼠TMEFF1足以限制HSV-1感染。

来源：BioMed科技