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Cell Stem Cell:发现寨卡病毒感染人神经干细胞候选受体AXL

来源:生物谷 2016-04-01 15:02

2016年4月1日/生物谷BIOON/--今年3月初,在一项研究中,来自美国约翰霍普金斯大学的研究人员发现实验室培养的人神经干细胞)---它们能够产生在大脑中发现的神经元和胶质细胞---能够被寨卡病毒(Zika virus)毒株感染和杀死。这项初步研究首次提示着孕妇感染寨卡病毒如何可能导致她们的婴儿患上头小畸型(microcephaly),即一种大脑和头颅不能按照正常速度生长的神经疾病。相关研究结果于2016年3月4日在线发表在Cell Stem Cell期刊上,论文标题为“Zika Virus Infects Human Cortical Neural Progenitors and Attenuates Their Growth”。(详细报告参见新闻:Cell Stem Cell:寨卡病毒新威胁!感染并杀死神经干细胞

但是这项研究并未发现寨卡病毒是如何侵入人神经干细胞的。人们猜测寨卡病毒对人神经干细胞的偏好可能来自于它能够劫持在这些干细胞表面上发现的一种蛋白,并利用这种蛋白作为感染的侵入点。如今,在一项新的研究中,来自美国加州大学旧金山分校的研究人员证实通常参与细胞分裂的AXL表面受体在人神经干细胞表面而不在大脑发育过程中的神经元表面上大量存在。相关研究结果于2016年3月30日在线发表在Cell Stem Cell期刊上,论文标题为“Expression Analysis Highlights AXL as a Candidate Zika Virus Entry Receptor in Neural Stem Cells”。

这些表达AXL的神经干细胞只在怀孕的第四到六个月内存在。这些被称作放射状胶质细胞(radial glial cells)的干细胞产生多种类型的细胞(如神经元和星形胶质细胞),从而有助形成大脑皮层。研究人员也发现视网膜中的干细胞也表达AXL。在与胎儿发育过程中寨卡病毒感染相关联的多种症状---包括头小畸型(microcephaly)和眼部损伤---中,这些类型的细胞受到破坏。

论文通信作者、加州大学旧金山分校伊莱和伊迪特-布罗德再生医学与干细胞研究中心(Eli and Edythe Broad Center of Regeneration Medicine and Stem Cell Research)主任Arnold Kriegstein说,“尽管还没有办法进行全面的解释,但是我们认为这些类型的细胞表达AXL是寨卡病毒能够导致如此破坏性的头小畸型病例的一种重要的线索,而且它非常好地与现有可获得的证据相吻合。AXL不只是与寨卡病毒感染相关联的唯一受体,因此,接下来,我们需要从找到‘牵连罪犯’更进一步以便证实阻断这种特异性受体能够阻断感染。”

Kriegstein实验室对大脑发育长期感兴趣。当寨卡病毒暴发时,论文第一作者Tomasz Nowakowski和Alex Pollen根据之前的研究,意识到类似于寨卡病毒的病毒(如登革热病毒)似乎使用AXL作为感染的侵入点。他们然后利用基因表达分析(单细胞RNA测序)在小鼠大脑、雪貂大脑、人干细胞产生的大脑类器官(brain organoids)以及人发育中的大脑组织内的不同类型细胞中寻找AXL的存在。他们证实每种组织中的放射状胶质细胞表达AXL。

研究人员然后利用抗体追踪剂(免疫组织化学)发现在这些发育中的大脑组织和类器官内,AXL受体最为可能存在于神经干细胞表面上。他们发现AXL在神经干细胞与脑脊髓液或血管接触的地方聚集。这种独特的位置将给诸如寨卡病毒之类的病毒提供一种简便的途径接触到脆弱的宿主细胞群体。

Kriegstein说,“我们仍然不能理解寨卡病毒为何对发育中的大脑如此有毒性。它可能是这种病毒更加容易穿过胎盘屏障或者这种病毒相对于相关的病毒感染更容易侵入细胞。”

除了正在确定寨卡病毒利用AXL作为神经干细胞的侵入点外,Kriegstein团队也有意研究这种受体是否可以用于治疗目的。鉴于这种蛋白在神经干细胞增殖中发挥着重要作用,在胎儿大脑中,阻断AXL将不可能是一种好的选择。但是也可能利用一种AXL抑制剂治疗高风险孕妇以便在第一时间阻止寨卡病毒侵入发育中的胎儿。(生物谷 Bioon.com)

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Expression Analysis Highlights AXL as a Candidate Zika Virus Entry Receptor in Neural Stem Cells

doi:10.1016/j.stem.2016.03.012

Tomasz J. Nowakowski1, 2, 3, Alex A. Pollen1, 2, 3, Elizabeth Di Lullo1, 2, Carmen Sandoval-Espinosa1, 2, Marina Bershteyn1, 2, Arnold R. Kriegstein

The recent outbreak of Zika virus (ZIKV) in Brazil has been linked to substantial increases in fetal abnormalities and microcephaly. However, information about the underlying molecular and cellular mechanisms connecting viral infection to these defects remains limited. In this study we have examined the expression of receptors implicated in cell entry of several enveloped viruses including ZIKV across diverse cell types in the developing brain. Using single-cell RNA-seq and immunohistochemistry, we found that the candidate viral entry receptor AXL is highly expressed by human radial glial cells, astrocytes, endothelial cells, and microglia in developing human cortex and by progenitor cells in developing retina. We also show that AXL expression in radial glia is conserved in developing mouse and ferret cortex and in human stem cell-derived cerebral organoids, highlighting multiple experimental systems that could be applied to study mechanisms of ZIKV infectivity and effects on brain development.

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