【病毒学前沿】细胞焦亡：狂犬病毒致病“幕后推手”

从狩猎伙伴到家庭成员，狗的温顺、忠诚和善解人意，使它们赢得无数“铲屎官”的心。然而，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。

Fig 1. 狂犬病毒结构

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。

Fig 2. 狂犬病毒基因序列结构示意图

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。

Fig 3. 切片染色和冷冻电镜

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。

Fig 4.感染后上调和下调基因分布

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。

Fig 5.蛋白质相互作用网络

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。

Fig 6. 感染RABV的鼠脑的分离的神经元中发生细胞焦亡

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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