先前的小鼠神经嗜性冠状病毒感染可缓解实验性自身免疫性脑炎

《Journal of Autoimmunity》：Prior murine neurotropic coronavirus infection ameliorates experimental autoimmune encephalitis

中枢神经系统感染通过诱导Foxp3+ CD8 T细胞抑制神经炎症和自身免疫性脑炎发展。感染小鼠在后续EAE模型中症状缓解，机制涉及IL-10分泌的髓系细胞浸润诱导的调节性T细胞，该细胞群抑制效应T细胞浸润和小胶质细胞激活，提示病毒后免疫微环境对神经免疫疾病具有保护作用。

　　

作者：Divyasha Saxena、Kelly Walter、Elizabeth Amona、Maiying Kong、Stanley Perlman、Jian Zheng

美国肯塔基州预测医学中心，邮编40202

摘要

背景

中枢神经系统（CNS）感染会促进神经炎症和神经退行性疾病的进展。然而，CNS感染与随后炎症过程之间的关联机制仍很大程度上未知。

方法

本研究通过用一种研究较为充分的神经嗜性冠状病毒——小鼠肝炎病毒（MHV）的亚致死剂量感染小鼠，探讨了该感染对小鼠多发性硬化症（MS）模型（由髓鞘少突胶质细胞糖蛋白35-55（MOG_35-55）肽诱导的实验性自身免疫性脑炎（EAE）的影响。

结果

出乎意料的是，从MHV感染中恢复的C57BL/6J小鼠表现出EAE临床症状的减轻。其保护机制是由一种新型的CNS驻留Foxp3⁺ CD8 T细胞群介导的，这种细胞群由髓系细胞分泌的白细胞介素（IL）-10诱导产生，而髓系细胞是MHV特异性免疫反应的一部分，会浸润到MHV感染的中枢神经系统中。这些Foxp3⁺ CD8 T细胞通过减少自身反应性CD4和CD8 T细胞的数量和功能（这些细胞的中枢神经系统浸润与抗原特异性无关），以及抑制受影响脊髓中积聚的小胶质细胞的激活，从而减轻了EAE的严重程度。这些Foxp3⁺ CD8 T细胞在中枢神经系统中的持续存在可能有助于感染后的长期后遗症。

结论

本研究揭示了MHV感染后中枢神经系统中形成的新型抗炎环境，这种环境促进了Foxp3⁺ CD8调节性T细胞的生成，从而减缓了随后自身免疫性疾病的进展。

引言

传染性病原体是导致宿主免疫失调的重要环境因素，可能引发或加重自身免疫性疾病。最著名的例子是由化脓性链球菌引起的急性风湿热[1,2]。传染性病原体也被认为是多发性硬化症（MS）和吉兰-巴雷综合征（GBS）等自身免疫性神经炎症疾病的致病因素[[3], [4], [5]]。尽管队列研究[[6], [7], [8]]、病例报告[[9], [10], [11], [12], [13], [14], [15]]以及实验动物研究[16,17]都支持感染与自身免疫性神经炎症之间的关联，但这种关联的细胞和分子机制因病原体而异。感染的免疫病理后果可能通过分子模拟、表位扩散、旁观者激活和持续的感染相关免疫细胞激活等方式发生[3]。在一份病例报告中，西尼罗河病毒引起的肿瘤坏死因子（TNF）升高在感染后长达20-36个月仍可检测到[12]，这表明持续的感染后免疫激活可能促成慢性炎症。为了预测和改变感染的后果，需要确定病原体特异性的免疫调节模式。 冠状病毒（CoV）是一类正链单链RNA病毒（第四组）。根据其受体的存在情况，某些CoV能够侵入并在中枢神经系统（CNS）中复制[18]。小鼠肝炎病毒的JHMV株是一种神经嗜性冠状病毒，已被用于研究小鼠的急性脑炎和慢性脱髓鞘疾病[19]。在本研究中，我们使用了一种减毒的JHMV变体——重组J2.2-V1（简称“MHV”）来感染小鼠。该病毒会引起轻度脑炎和急性及亚急性脱髓鞘，大约90%的小鼠能够在感染后30天内存活并完全恢复[20,21]。MHV会诱导中枢神经系统驻留和浸润的免疫细胞聚集和激活[[22], [23], [24], [25], [26], [27]]，并通过表达I型干扰素（IFN-I）和其他免疫介质帮助清除病毒[[28], [29], [30]]。除了激活先天免疫细胞外，MHV感染还会产生病毒特异性T细胞。MHV特异性CD8 T细胞在感染后第6或7天即可被检测到，并通过细胞杀伤和非细胞杀伤机制在清除病毒中起核心作用[[23], [24], [25], [26], [27]]，而MHV特异性CD4 T细胞通常具有致病性[31]。此外，MHV感染还会诱导病毒特异性Foxp3⁺ CD4调节性T细胞（Tregs），这些细胞在遇到相应肽刺激时能够抑制效应T细胞的增殖[32,33]。 Tregs，尤其是Foxp3⁺ CD4 Tregs，在维持自身免疫和炎症性疾病中的免疫耐受性方面起着关键作用[[34], [35], [36]]。除了抑制功能外，Tregs还通过转化生长因子β（TGF-β）的表达影响病毒感染后脾脏和中枢神经系统中的记忆T细胞反应[37]，表明它们在急性感染后的长期影响。然而，MHV诱导的Tregs是否能在感染消退后改变中枢神经系统的免疫环境，从而影响宿主对后续病原体或其他炎症条件的易感性，目前尚不清楚。与被广泛研究的CD4 Tregs类似，CD8 Tregs也在多种情况下有助于维持免疫耐受性[[38], [39], [40], [41]]，但相关研究较少。 在本研究中，我们通过使用MOG_35-55肽进行主动免疫，在MHV感染后8周至6个月内在小鼠中建立了实验性自身免疫性脑炎（EAE）。与对照组小鼠相比，MHV感染的小鼠表现出由MOG_35-55肽免疫引起的EAE临床症状的减轻。进一步的研究表明，一种新型的CNS驻留Foxp3⁺ CD8 T细胞群在缓解EAE中起着关键作用。这种Foxp3⁺ CD8 T细胞亚群通过抑制浸润的自身反应性T细胞的致病效应和减少小胶质细胞的激活来发挥作用。这种新型CD8 T细胞群的诱导依赖于浸润的炎症单核细胞/巨噬细胞（IMM）分泌的IL-10。我们的研究揭示了MHV感染后中枢神经系统中形成的新型抗炎环境，这种环境有助于减缓随后自身免疫性疾病的进展。

动物使用批准

我们从Jackson Laboratories购买了5周至8个月大的特定无病原体（SPF）C57BL/6J小鼠。Foxp3^EGFP（B6.Cg-Foxp3^tm2tch/J）（Jackson Laboratories）和10BiT小鼠（Tg(Il10-Thy1^a)1Weav）（阿拉巴马大学Casey Weaver博士提供[43]）。髓系细胞（Lyz）条件性的IL-10敲除（KO）小鼠是通过将B6.129P2-Lyz2^tm1(cre)Ifo/J和B6.129P2(C)-Il10^tm1Roer/MbogJ小鼠（均来自Jackson Laboratories）杂交培育得到的。实验中使用了雄性和雌性小鼠。

先前的MHV感染可缓解后续的EAE

为了研究CNS感染对随后自身免疫性脑炎的影响，我们将5周大的C57BL/6J小鼠感染了500个噬菌斑形成单位（pfu）的MHV（图1A）。如图1B所示，MHV感染的小鼠从感染后第6天（M6）开始出现神经系统症状（疾病评分基于尾巴和后肢的无力和瘫痪程度）。疾病严重程度在M12时达到峰值，随后逐渐减轻，这与病毒在体内的传播和清除过程相对应。

讨论

在人类和实验动物中，无论是神经侵袭性感染（如西尼罗河病毒（WNV）和日本脑炎病毒（JEV），还是局限于外周的感染（如流感病毒和严重急性呼吸综合征（SARS）-CoV-2病毒），通常都会增强随后自身免疫性神经炎症的发展[[3], [4], [5], [6], [7], [8], [9], [10], [11], [12], [13], [14], [15], [16], [17]]。与此相反，我们的研究却得出了不同的结果。

作者贡献声明

Divyasha Saxena： 项目管理、研究、数据分析。 Kelly Walter： 项目管理、方法学设计、研究。 Elizabeth Amona： 文章撰写、审稿与编辑、方法学设计、数据分析。 Maiying Kong： 文章撰写、审稿与编辑、方法学设计、数据分析。 Stanley Perlman： 文章撰写、审稿与编辑、初稿撰写、监督、资源协调、资金筹集。 Jian Zheng： 文章撰写、审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、结果验证。

资助

本项目部分得到了路易斯维尔大学的启动资金（预测医学中心（CPM）F1260和微生物学与免疫学系F1256）、CPM的补充资金（J.Z.）、UC7（GB230714），以及美国国立卫生研究院（N.I.H.）的资助（R01 AI129269; R01 NS36592）（S.P.）。

致谢

10BiT小鼠（Tg(Il10-Thy1^a)1Weav由阿拉巴马大学的Casey Weaver博士提供。我们感谢爱荷华大学的Noah Butler博士的有益讨论，以及Alan Sariol对手稿的审阅。同时感谢Plexxikon公司提供的含有PLX5622的饲料。