杂志俱乐部 | 在神经组织发育中,寨卡病毒会阻断 Akt 信号转导,从而控制自噬


Ken B 发布于 2017 年 3 月 29 日 03:00:00

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寨卡病毒 (ZIKV) 与导致登革热和黄热病的黄病毒有关,并通过蚊虫(埃及伊蚊白纹伊蚊)叮咬传播,其次还通过性接触传播。成人感染 ZIKV 与轻度登革热样疾病或格林-巴利综合征(一种外周神经系统自身免疫性疾病)有关。最令人担忧的是,ZIKV 还会在妊娠期间通过胎盘屏障传播,并导致严重的先天缺陷:脑过小(脑发育不全)。

目前的研究工作旨在理解寨卡病毒 (ZIKV) 感染和病理学的分子基础,并揭示有助于开发疗法和/或某种疫苗的信息。对于本版期刊俱乐部,我们将讨论一项由南加州大学 (USC) 研究人员引领并发表在《细胞·干细胞》上的研究,该研究表明 ZIKV 会抑制 Akt-mTOR 信号转导通路,从而在神经干细胞中激活自噬并抑制神经发生。作者使用了神经干细胞 (NSC) 源性神经球,补充了对小鼠和猕猴模型的研究,以揭示 ZIKV 神经病理学机制。

神经发生是脑发育的一个关键过程,其中包括 NSC 分化为神经元,并且受 Akt/mTOR 信号转导通路等的调控。Akt 或 mTOR 上调在基因层面上与巨头畸形有关,而下调则与脑过小有关。mTOR 信号转导还调控细胞自噬Akt 激活 mTOR 会抑制自噬,而 AMPK/p53 使 mTOR 失活则会激活自噬。不同病毒会激活或抑制细胞自噬;最近的研究报告,在内质网上生成新病毒颗粒的过程中,ZIKV 和登革热病毒 (DENV) 会控制细胞自噬。了解这一点后,Liang 等人研究了 ZIKV 诱导的自噬是否会影响神经发生。

为了研究 ZIKV 对发育中的神经上皮在生长、分化和细胞死亡方面的影响的特征,Liang 等首先对体外神经球形成进行了检测。与感染空载的对照相比,用 ZIKV 感染 3 天的神经球更小,并且细胞死亡加剧,增殖减弱。NSC、HeLa 和 MEF 细胞感染 ZIKV 后,自噬激活增加。用 rapamycin 诱导自噬会使 ZIKV 病毒滴度升高,而用 3-MA 或 chloroquine 抑制自噬则会使 ZIKV 滴度降低,这确认了 ZIKV 复制与细胞自噬有关。

为了明确哪些 ZIKV 产品会对神经发生产生影响,研究人员通过慢病毒输送的方式筛选了所有十种 ZIKV 蛋白。非结构性蛋白 NS4A 和 NS4B 会以单独或联合的方式使神经球变小。这对 ZIKV 有特异性,因为 DENV NS4A/NS4B 的表达不会产生影响。此外,对 b3 微管蛋白和 GFAP 标记物分别进行的免疫荧光 (IF) 分析表明,ZIKV NS4A 和 NS4B 蛋白降低了分离神经干细胞增殖并分化为神经元和星形胶质细胞的能力。HeLa 细胞中 GFP-LC3 斑点的外观以及对 HeLa 细胞和 NSC 采用的 LC3-II:LC3-I 比率密度测定法表明,NS4A 和/或 NS4B 表达也足以诱导自噬。

最后,在有或无 ZIKV 的情况下,使用磷酸化特异性抗体进行蛋白质印迹实验来评估 Akt/mTOR 激活。Akt 活性受残基 T308 和 S473 处的磷酸化调控,并且激活的 Akt 会磷酸化 mTOR S2448。所有三种磷酸化特异性抗体均表明,NSC 感染 ZIKV 后对 Akt/mTOR 的抑制有时间依赖性。慢病毒介导的 NS4A 或 NS4B 表达(但不包括其他 ZIKV 蛋白的表达)足以抑制 HeLa 细胞中 Akt 和 mTOR 的激活,在胰岛素刺激下,NS4A 或 NS4B 还能减弱血清饥饿 NSC 或 HeLa 细胞中的 Akt/mTOR 激活。这些数据支持这样的一个结论:这两个非结构性 ZIKV 蛋白会干扰宿主细胞中的正常 Akt/mTOR 激活,以激活自噬,从而导致神经元缺失并促成 Zika 神经病理。

未来使用结构性方法的研究可能会揭示更多有关 Akt 抑制机制,以及它如何与 Zika 病毒生命周期相关的详细信息。在感染 Zika 后可缓解神经病理的治疗策略在妊娠期间可能难以实施。但 ZIKV 是否还会在血细胞、内皮细胞、表皮细胞或其他组织中靶向 Akt 通路是值得研究的,因为这些细胞或组织在治疗上更易进入,并且可能是人细胞中 Zika 移生的初始位点。目前,还有许多工作要做。

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仅供研究使用。不得用于诊断流程。

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