引用本文
王晶晶, 曹阳青, 陈金铃. Ⅲ型干扰素抵抗寨卡病毒感染导致不良妊娠的机制[J]. 中国人兽共患病学报, 2019,35(2): 153-157.
WANG Jing-jing, CAO Yang-qing, CHEN Jin-ling. Mechanism of type III interferon resistance to adverse pregnancy induced by Zika virus infection[J]. Chinese Journal of Zoonoses, 2019,35(2): 153-157.  
DOI:10.3969/j.issn.1002-2694.2018.00.241
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Copyright©2019, 中国人兽共患病学报
中国人兽共患病学报
Ⅲ型干扰素抵抗寨卡病毒感染导致不良妊娠的机制
王晶晶, 曹阳青, 陈金铃
南通大学医学院病原生物学系,南通 226001
通讯作者:陈金铃,Email:chenchennt@126.com; ORCID:0000-0003-2992-6571
基金资助: 国家自然科学基金项目(No. 81401683),南通大学高等教育研究课题(No. 2017GJ015),江苏省大学生创新创业训练计划(No.201810304103X)
摘要

寨卡病毒是一种蚊媒黄病毒,妊娠早期妇女感染寨卡病毒可引起新生儿小头畸形、胎儿宫内发育迟缓及胎儿自发性流产等不良妊娠。人胎盘原代滋养细胞分泌的Ⅲ型干扰素及Ⅲ型干扰素诱导产生的干扰素刺激基因可在细胞中建立抗病毒状态,保护胎儿免受寨卡病毒的感染。Ⅲ型干扰素对寨卡病毒导致的不良妊娠保护作用具有阶段特异性,对妊娠早期没有保护作用。本文就寨卡病毒导致不良妊娠和Ⅲ型干扰素抵抗寨卡病毒感染等方面的机制研究进行综述,为深入了解寨卡病毒致病机制和免疫预防提供参考。

关键词: 寨卡病毒; Ⅲ型干扰素;; 不良妊娠; 小头畸形
中图分类号:R373 文献标志码:A 文章编号:1002-2694(2019)02-0153-05
Mechanism of type III interferon resistance to adverse pregnancy induced by Zika virus infection
WANG Jing-jing, CAO Yang-qing, CHEN Jin-ling
Department of Pathogen Biology, School of Medicine, NantongUniversity, Nantong 226001, China
Corresponding author:CHEN Jin-ling,Email:chenchennt@126.com
Fund:Supported by the National Natural Science Foundation of China (No. 81401683), Research on Higher Education of Nantong University(No. 2017GJ015)and Undergraduates Training Programs of Innovation and Entrepreneurship of Jiangsu Province(No. 201810304103X)
Abstract

Zika virus (ZIKV) is a mosquito-borne flavivirus which can cause neonatal microcephaly, intrauterine growth retardation and fetal spontaneous abortion. Interferon λ (IFN-λ) released from placenta primary human trophoblast cells and interferon-stimulated genes (ISGs) induced by IFN-λ can establish antiviral status in cells and protect fetuses from Zika virus infection. Besides, the protection of IFN-λ is gestational stage-dependent, and it does not work during early pregnancy. In this paper, the study on mechanism of IFN-λ resistance against Zika virus are reviewed in order to provide references for further understanding of the pathogenic mechanism and immune prevention of Zika virus.

Keyword: Zika virus; Interferon λ; adverse pregnancy; microcephaly

寨卡病毒 (Zika virus, ZIKV)是一种由伊蚊叮咬传播的单股正链RNA病毒, 属于黄病毒科黄病毒属[1]。1947年, ZIKV首次发现于乌干达[2], 此后多年持续发现散在病例或小规模疫情。2015年ZIKV暴发, 累及68个国家和地区, 超过150万人口受到ZIKV感染的威胁[1]。尽管ZIKV感染的病人, 症状比较轻微, 仅出现轻微发热、皮疹、结膜炎、肌肉和关节疼痛及头痛等症状。但是, 妊娠早期妇女感染ZIKV, 会导致胎儿发育异常, 包括自发性流产、胎儿宫内发育迟缓及小头畸形[2], 因此, 孕妇感染ZIKV受到极大的关注。此次暴发以来, 仅在巴西就有4 100例新生儿小头畸形病例报道[3], 且在患儿脑部检测到ZIKV的mRNA, 从而证实自发性流产及小头畸形与ZIKV感染具有相关性[4, 5]。尽管目前在中国仅有22例输入病例[6], 但作为ZIKV的传播媒介, 埃及伊蚊在我国海南省、广东省和云南省的部分区域和台湾南部等地区均有分布。在我国蚊虫密度较高的夏季, 存在ZIKV本地传播甚至引起局部聚集性病例的风险。

1 寨卡病毒结构特点

成熟ZIKV粒子直径大约40 nm至60 nm, 是一个二十面体包膜, 单股正链RNA病毒, 基因组长约10.8 kb, 含一条单一开放读码框, 可编码3 417~3 423个氨基酸。病毒蛋白由宿主蛋白酶和病毒蛋白酶切割而成, 包括3个结构蛋白:衣壳(Capsid, C)、前体膜(Premembrane, prM)、包膜蛋白(Envelope, E), 和7个非结构蛋白(NS1, NS2A, NS2B, NS3, NS4A, NS4B和NS5)。ZIKV主要是通过一些细胞表面受体进入细胞, 如树突状细胞表面特异性非整合蛋白(DC-specific ICAM-3 grabbing nonintegrin, DC-SIGN)、受体酪氨酸激酶家族(Anexelekto, AXL)、蛋白酪氨酸激酶(TYRO3, 又名Res、Dtk)受体、T细胞免疫球蛋白粘蛋白-3(T cells immunoglobulindomain and mucin domain protein-3, TIM-3)和热休克蛋白。研究表明, 在AXL基因敲除的情况下, 神经祖细胞、视网膜细胞和脑部对ZIKV的感染失去抵抗作用[7]。此外, ZIKV还可通过非受体依赖性方式进入细胞, 即外泌体和胞外囊泡。病毒进入细胞后, 病毒RNA的复制可以通过诱发Toll样受体3(Toll-like receptor 3, TLR3)、维甲酸诱导基因1(Retinoic acid inducible-gene 1, RIG-1)、黑色素瘤分化相关蛋白(Melanoma differentiation-associated protein, MDA5)和OAS2(2', 5'-oligoadenylate synthetase 2)、ISG15(IFN-stimulated genes 15)及粘病毒抵抗蛋白(Myxovirus resistance protein, Mx), 引起强烈的抗病毒应答[8]。

2 Ⅲ 型干扰素抗病毒作用

先天性免疫系统是宿主抑制病毒感染的主要防御机制, 干扰素(Interferon, IFN)信号通路(IFN-I、IFN-II、IFN-III)通过产生干扰素刺激基因(IFN-stimulated genes, ISGs)来发挥抗病毒作用。IFN-III(Interferon-λ s, IFN-λ s)家族是最近发现的一组干扰素, 主要分为4种类型: IFN-λ 1(Interleukin-29, IL-29)、IFN-λ 2 (IL-28A)、IFN-λ 3 (IL-28B)[9]和最近发现的IFN-λ 4[10]。IFN-λ 主要产生于髓样和浆细胞样树突状细胞(Dendritic cell, DCs)。IFN-λ 与其特异性受体复合物(IL-28Rα /IL-10Rβ )结合, 激活Jak-Stat信号通路, 诱导多种ISGs表达, 最终抑制病毒复制及传播[11]。参与抗病毒的ISGs主要有:Mx、胆固醇-25-羟化酶(CH25H)、干扰素诱导的横跨膜蛋白(IFITM)和TRIM蛋白(Tripartite motif protein)。Mx主要分为Mx1和Mx2。Mx1可以结合病毒核衣壳而阻止病毒进入细胞; Mx2抑制病毒进入细胞核内, 使反向转录基因组到达其核目的地, 从而抑制染色体整合, 这是HIV-1复制周期的关键[12]。CH25H在感染的早期阶段发挥抵抗病毒的作用, 可能发生在病毒与宿主膜融合的时期[13]。IFITM在晚期胞内体和溶酶体抑制病毒, 但其具体机制还不清楚。TRIM5α 直接与病毒衣壳蛋白结合, 导致衣壳加速解聚(脱壳)和核蛋白复合物的过早暴露。翻译是ISGs抵抗病毒的常见阶段, 如ISGs可以与mRNA的5'帽结构紧密结合, 增强其阻止翻译起始的能力。

IFN-λ 主要通过上调Mx1来抵抗ZIKV感染。在母体-胎儿界面, IFN-λ 诱导的Mx1上调在细胞中建立抗病毒状态。当敲降Mx1的表达, ZIKV在细胞内复制的水平显著增加[14]。此外, 人胎盘原代滋养细胞(Primary human trophoblasts, PHTs)以旁分泌的方式保护非胎盘细胞免受ZIKV感染, 主要包括IFN-λ s和组装成微泡的miRNA[15]。PHTs细胞中分离的条件培养基可赋予非胎盘细胞抵抗ZIKV和登革热病毒的能力。当在病毒复制建立之后再加入条件培养基时, 就不再有这种保护作用, 可能是由于在亚基因复制子稳定繁殖的登革热病毒中, PHTs 条件培养基对病毒RNA的产生没有抑制作用。

与IFN-α /β 受体和IL-10Rβ 广泛表达于许多细胞和组织不同, IFN-λ 受体IL-28Rα 主要表达在上皮细胞的表面[16]。受体表达的局限性意味着, IFN-λ 在某些组织(呼吸道, 肠道及肝脏等)中发挥着相对独立和特异性的抗病毒作用。将IFN-α /β 及IFN-λ 受体均敲除的小鼠与单独敲除IFN-α /β 受体的小鼠, 同时感染呼吸道的合胞病毒, 与仅敲除IFN-α /β 受体小鼠相比, 同时敲除2个受体的小鼠肺表现出更高的病毒滴度[17], 表明IFN-λ 能在肺部参与抵抗合胞病毒感染。IFNLR1-/-小鼠(IFN-λ 受体敲除) 经口感染轮状病毒后, 小鼠抑制轮状病毒复制的能力下调, 而野生型及IFNAR-/-小鼠并未出现同样的现象。野生型幼鼠在感染轮状病毒前, 皮下注射IFN-λ , 结果发现IFN-λ 能显著抑制肠道中的轮状病毒复制, 而IFN-α 无法保护幼鼠免受轮状病毒感染[18]。西尼罗病毒(West Nile virus, WNV)同时感染野生型及IFNAR-/-小鼠, 两者之间病毒载量并没有显著性差异。但在IFNLR1-/-小鼠体内, WNV感染会导致小鼠血脑屏障通透率增加, 而IFN-λ 干预能逆转WNV诱导的血脑屏障通透率的增加[19]。

3 干扰素λ 保护胎儿免受ZIKV的感染

IFN-λ 除了在呼吸道、肠道以及血脑屏障能抑制病毒感染以外, 有研究表明, 在胎盘组织中IFN-λ 同样发挥着重要的作用。仅表达在以上皮细胞来源的组织及细胞中的IFN-λ 特异性的受体IL-28Rα , 同样能在胎盘的滋养层细胞上表达[15]。妊娠期感染ZIKV后, ZIKV需要以某种特定方式感染胎儿并复制其病毒RNA。Bayer等研究表明ZIKV可能并不通过直接在胎盘合胞体滋养层复制的方式感染胎儿, 至少不会在妊娠后期, 除非ZIKV能够绕开IFN-λ 及其他合胞体滋养层产生的抗病毒通路[15]。体外实验表明, PHTs可以通过释放IFN-λ 抵抗ZIKV和登革热病毒的感染。释放的IFN-λ 通过自分泌及旁分泌的方式保护其他胎盘细胞免受ZIKV的感染。在ZIKV诱导的胎儿死亡的人类病例中, 霍夫鲍尔巨噬细胞(Hofbauer macrophages)中检测到ZIKV RNA[20, 21], 而在合胞体滋养层中未检测到相应的RNA[22], 进一步证实合胞体滋养层细胞对ZIKV不易感。

大多数细胞主要是通过释放Ⅰ 型干扰素(IFN-α /β )来抵抗病毒感染。然而, 强烈的IFN-I应答常常伴随着嗜中性粒细胞、炎性单核细胞、自然杀伤(Natural Killer, NK)细胞和T淋巴细胞的募集, 导致组织和免疫病理学损伤[23]。同时, IFN-α 的上升可使胎盘血管生成失调, 显著提高了患先兆子痫的风险[24]。相比之下, 上皮来源细胞主要通过IFN-λ (包括IFN-λ 1-4)来应答病毒感染[25], 可以避免诱发炎症反应。研究表明IFN-λ 和IFN-Ⅰ 通过激活一系列抗病毒基因来发挥抗病毒作用, 只有当病毒感染逃避IFN-λ 的抵抗作用, IFN-Ⅰ 才可以进一步发挥其抗病毒作用。ZIKV感染小鼠模型显示, 缺乏IFN-Ⅰ 信号通路的幼鼠对ZIKV高度敏感[26]。然而, 在免疫系统发育成熟的成年小鼠, 它们对ZIKV的抵抗作用逐渐增加, 这表明抗病毒应答中有其他通路发挥抗病毒作用[27, 28]。

用聚乙二醇化IFN-λ 2处理孕鼠, 在妊娠晚期ZIKV复制减少, 且IFN-λ 受体缺陷的胎鼠容易感染ZIKV。体外实验表明, 怀孕中期人体蜕膜和胎盘组织外植体可对外源性IFN-λ 产生应答并抑制ZIKV感染[29]。陈等研究表明, 用IFN-λ 处理感染ZIKV的孕鼠, 在妊娠中期可抑制母体和胎儿中ZIKV的复制, 并可以明显改善宫内发育迟缓的程度。此外, 其研究表明原代的人羊膜腔细胞对ZIKV易感[14]。这些体内及体外的实验结果提示, IFN-λ 保护胎儿免受ZIKV的感染。IFN-λ 在呼吸道和消化道上皮细胞及肝细胞、血-脑屏障内皮细胞中通过刺激ISGs的表达抵抗病毒感染。与这些细胞不同, 合胞体滋养层细胞不需要先天性抗病毒免疫信号通路的诱导来产生IFN-λ [15]。

4 干扰素λ 对于ZIKV导致不良妊娠的保护作用具有阶段特异性

研究数据表明, ZIKV感染相关的先天性小头畸形多发生在妊娠早期和中期感染的孕妇, 这可能反映出胎儿脑部在发育早期对病毒感染和损伤更加敏感[30]。陈等在IFN-α 受体缺陷小鼠(IFNAR-/-)的妊娠中期(Embryonic day 10.5, E10.5)感染ZIKV, 在母体和胎儿组织中发现高病毒载量、胎盘中性粒细胞过度浸润和滋养层细胞坏死。IFN-λ 注射入ZIKV感染的孕鼠, IFN-λ 干扰能减轻胎盘水肿、坏死和炎症、自发性流产和胎儿生长受限[14], 但IFN-λ 在妊娠早期(E5.5)对孕鼠和胎鼠没有保护作用。此外, Brett等构建的小鼠模型表明, 在E6期感染ZIKV导致胎盘缺陷和胎儿死亡; E9期感染导致胎盘和胎儿形态异常; E12期感染没有导致明显的胎儿异常[29]。缺乏IFN-λ 受体的小鼠和胎鼠更容易感染ZIKV, 尤其是在妊娠早期。这一结果与ZIKV感染的妊娠期妇女的研究相一致[31, 32], 这些研究都表明在妊娠第1个阶段或第2个阶段感染ZIKV, 发生胎儿异常的风险更大。其他病原体(如弓形虫、风疹病毒、巨细胞病毒和单纯疱疹病毒)在妊娠早期也更容易导致先天性畸形和死胎[30]。在人妊娠早期和晚期胎盘会发生很大变化, 晚期胎盘绒毛间充满母体血液, 胎盘绒毛完全形成[33]。在小鼠胎盘发育过程中, 绒毛膜尿囊附着直到E8.5才发生; 在这个阶段, 滋养层细胞绒毛膜板的中胚层细胞和尿囊膜开始交叉产生绒毛[34]并形成绒毛外植体, 从而能抵抗病毒感染[35]。IFN-λ 在妊娠早期对感染ZIKV的母体和胎儿没有保护作用, 可能是由于在E8.5之前绒毛膜尿囊附着体和胎盘还未形成所致。胎儿脑部在妊娠早期对感染和损伤敏感[30], 但是胎盘屏障随着时间逐渐成熟, 在妊娠的第3个月之后胎盘形态发生显著变化, 特别是血性绒毛膜胎盘的形成使胎盘逐渐可以独立抵抗病毒感染并改善预后。

5 展望

已经证实ZIKV是导致胎儿和新生儿小头畸形及其他神经发育失调等的致畸因素。某些细胞表面受体可以促进ZIKV进入细胞, 如DC-SIGN、 AXL、 TYRO3、 TIM-1和热休克蛋白, 表达这些受体的细胞更容易受ZIKV的感染。原代胎盘滋养层可以表达多种介导ZIKV进入细胞的受体而感染ZIKV。胎盘滋养层细胞在不同的妊娠阶段不断的释放IFN-λ 以自分泌和旁分泌的方式保护胎盘细胞免受ZIKV的感染。不表达IFN-λ 受体或者对IFN-λ 应答不够强烈的细胞更容易感染ZIKV。IFN-λ 可以刺激ISGs的表达从而在细胞中发挥抗病毒的作用。而且, IFN-λ 抗ZIKV作用具有阶段特异性。IFN-λ 在妊娠中期和晚期可以抑制ZIKV的复制保护胎儿免受ZIKV感染, 而在妊娠早期没有这种保护作用。随着胎盘的发育成熟, 胎盘绒毛和尿囊附着体逐渐形成, 这可能是IFN-λ 在妊娠中晚期对胎儿才具有保护作用的原因。IFN-λ 对抗ZIKV的机制还需要更多的研究进一步阐明。

利益冲突:无

The authors have declared that no competing interests exist.

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