從狩獵伙伴到家庭成員，狗的溫順、忠誠和善解人意，使它們贏得無數(shù)“鏟屎官”的心。然而，近年來，隨著一系列惡犬傷人事件的頻繁發(fā)生，這一和諧景象背后隱藏的健康風險也逐漸浮出水面，引起了社會各界的廣泛關注和深入討論。對狂犬病毒的研究與防控，也成為了公共衛(wèi)生領域的重要議題。

近日，科學家在國際分子科學雜志上發(fā)表了一篇文章標題為“Rabies Virus Infection Causes Pyroptosis of Neuronal Cells”，主要研究了狂犬病病毒（RABV）感染導致神經(jīng)細胞焦亡的機制。

 

狂犬病病毒屬于單股負鏈病毒目（Mononegavirales）彈狀病毒科（Rhabdoviridae）狂犬病病毒屬（Lyssavirus）。病毒顆粒一端呈平坦或略凹狀,另一端呈半圓形或子彈狀。直徑約75～80nm,長度約170～180nm。病毒具囊膜,表面有長約6～7nm的棘狀突起 ,系由病毒糖蛋白(Glycoprotein，G蛋白)三聚體組成。囊膜內(nèi)層是間質(zhì)蛋白(Matrix protein，M蛋白)。中央為緊密的螺旋狀核衣殼,直徑約50nm,由單鏈RNA基因組、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)組成。

Fig 1. 狂犬病毒結(jié)構(gòu)

 

狂犬病毒（Rabies Virus，RV）基因組為單股負鏈RNA，長約12 kb，由3′端至5′端依次排列著N、P、M、G和L共5個狂犬病毒的結(jié)構(gòu)基因，分別編碼核蛋白、磷蛋白、基質(zhì)蛋白、糖蛋白和多聚酶大蛋白。

 

Fig 2. 狂犬病毒基因序列結(jié)構(gòu)示意圖

 

小貼士：病毒基因功能
1.核蛋白（Nucleoprotein）簡稱N蛋白，基因全長1424個核苷酸，N蛋白基因序列相對恒定，點突變較少，是狂犬病病毒基因分型的主要依據(jù)。N蛋白的磷酸化能調(diào)節(jié)病毒的轉(zhuǎn)錄和復制；與基因組RNA結(jié)合，能保護病毒RNA免遭核酸酶破壞；在成熟的病毒粒子中，N蛋白還是構(gòu)成核衣殼螺旋對稱結(jié)構(gòu)的主要成分。
2.磷蛋白（Phosphoprotein）簡稱P蛋白，P蛋白的主要功能是作為輔助因子，通過與L蛋白相互作用構(gòu)成完整的具有活性的RNA聚合酶，同時調(diào)節(jié)病毒RNA的復制和病毒包裝。
3.基質(zhì)蛋白（Matrixpotein）簡稱M蛋白，由202個氨基酸殘基組成，在病毒顆粒中發(fā)揮著連接病毒囊膜和核衣殼的作用。M蛋白可以調(diào)控病毒RNA復制及病毒的組裝，在病毒裝配和出芽過程中起關鍵作用。
4.糖蛋白（Glycoprotein）簡稱G蛋白，是狂犬病病毒包膜蛋白，負責結(jié)合細胞受體，介導病毒侵入，決定病毒的致病性和組織嗜性。
5.多聚酶/大蛋白（Polymerase or Largeprotein）簡稱L蛋白，是狂犬病病毒最大的結(jié)構(gòu)蛋白，由約2127個氨基酸殘基構(gòu)成。與N、P蛋白相互作用，和病毒RNA共同構(gòu)成狂犬病病毒核衣殼。L蛋白還是一種多功能蛋白，除了作為轉(zhuǎn)錄和復制必需的多聚酶，還參與病毒mRNA的多腺苷酸化、加帽和甲基化等。

為了闡明RABV誘導的神經(jīng)元損傷的分子機制， 研究團隊選取了三種不同毒力的RABV株：rRC-HL（低毒力）、GX074（中等毒力）和CVS-24（高毒力），分別感染小鼠。根據(jù)組織化學和透射電子顯微鏡(TEM)掃描，證實了RABV感染誘導了神經(jīng)元的嚴重損傷。

 

Fig 3. 切片染色和冷凍電鏡

 

通過分析感染4天和7天后小鼠腦組織的轉(zhuǎn)錄組表達譜，發(fā)現(xiàn)與焦磷酸途徑相關的多個基因顯著上調(diào)，包括gasdermin D (Gsdmd)、Nlrp3、caspase-1和IL-1β，以及趨化因子基因Ccl2、Ccl3、Ccl4、Ccl5、Ccl7、Ccl12和Cxcl10。尤其是Gsdmd蛋白的表達水平在感染不同RABV株的神經(jīng)元中都顯著上調(diào)。

 

Fig 4.感染后上調(diào)和下調(diào)基因分布

 

通過質(zhì)譜發(fā)現(xiàn)，所選蛋白質(zhì)與至少九種其他蛋白質(zhì)相互作用，包括Dsdmd，Il-10，TNF，Il-6，H2超家族，Cxcl10，B2m和Stat1。這些蛋白被認為是RABV CVS感染期間中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的關鍵中樞蛋白。與Gsdmd相互作用的蛋白質(zhì)包括Casp1、Casp4、Naip2、Ctss、B2m、Hpse、Arg1、Chit1和Ptx3這些蛋白質(zhì)相互作用可能參與細胞焦亡，這意味著RABV感染可能導致細胞焦亡。

 

 

Fig 5.蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡

 

在分離的神經(jīng)元細胞中，研究團隊同樣觀察到了與細胞焦亡相關的基因表達上調(diào)。尤其在強毒CVS-24感染組，Gsdmd、Nlrp3、IL-1β和casp1基因的mRNA水平在7 dpi時顯著增加，而rRC-HL感染組未見顯著變化，這與整體腦組織中的發(fā)現(xiàn)相一致，表明細胞焦亡不僅在整體水平上被激活，也在神經(jīng)元細胞中特異性發(fā)生。

 

Fig 6. 感染RABV的鼠腦的分離的神經(jīng)元中發(fā)生細胞焦亡

 

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參考文獻：

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