《Nature Communications》：Spatial transcriptomics uncovers vasculature-centered cellular interactions driving Japanese encephalitis progression in a mouse model
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空间转录组学揭示了日本脑炎病毒（JEV）感染后，Ly6c2+单核细胞与Ackr1+内皮细胞围绕血管的互作网络，是驱动脑内炎症风暴、细胞焦亡（pyroptosis）与坏死性凋亡（necroptosis）等病理过程、破坏血脑屏障的关键，为干预乙型脑炎进展提供了新的细胞靶点。
神经侵袭性病毒，如日本脑炎病毒（Japanese encephalitis virus, JEV），是威胁全球公共卫生的重要病原体，可导致严重的脑炎，遗留永久性神经损伤甚至死亡。然而，在病毒感染大脑的复杂“战场”上，究竟是哪些细胞“角色”在主导病情的恶化？它们之间又是如何“对话”与“协作”，最终引发了严重的炎症和脑组织损伤？长期以来，由于缺乏能够在完整组织中原位、同时解析多种细胞类型基因表达和空间位置关系的高通量技术，驱动神经病毒病理进展的核心细胞互作网络始终模糊不清，极大地限制了我们开发针对性干预策略的能力。
为了破解这一难题，一项发表在《Nature Communications》的研究，以日本脑炎小鼠模型为平台，运用前沿的空间转录组学技术，为我们绘制了一幅高分辨率的“战况”时空地图。研究人员将JEV感染雌性BALB/c小鼠，并应用Stereo-seq（Spatial Enhanced Resolution Omics-sequencing）技术，在感染后不同时间点，同时对脑组织切片中的宿主和病毒转录组进行原位捕获。这项技术如同一台超高精度的“分子摄像机”，不仅能记录下每个微小区域里所有基因的活动情况，还能精确锁定这些基因信号来自组织中的哪个位置，从而将细胞的功能状态与其所处的空间微环境联系起来。通过构建日本脑炎（Japanese encephalitis, JE）发病机制的时空图谱，研究团队得以深入观察病毒入侵后大脑内部的动态变化。
本研究的核心发现，锁定了一个以脑血管为中心的、由两种关键细胞主导的“致病轴心”。一方面，携带Ly6c2基因标记的单核细胞（Ly6c2+monocytes）被确定为大脑内的“头号病毒载体”、数量最丰富的浸润免疫细胞，并且是感染脑组织中干扰素-γ（IFN-γ）的主要来源。这意味着这群细胞不仅是运送和扩散病毒的“特洛伊木马”，还是点燃炎症反应的关键“点火器”。另一方面，血管内壁的、表达Ackr1（Atypical Chemokine Receptor 1）的内皮细胞（Ackr1+endothelial cells）在感染后被异常激活。这种激活与血脑屏障（Blood-Brain Barrier, BBB）的破坏以及免疫细胞（尤其是上述Ly6c2+单核细胞）向脑实质的趋化募集紧密相关。
研究发现，正是Ly6c2+单核细胞与Ackr1+内皮细胞之间的相互作用，像一场精心编排的“双人舞”， orchestrate（策划）了从血管向外周脑区辐射的显著炎症以及广泛的细胞死亡。细胞死亡的模式不仅包括常规的凋亡，更涉及极度促炎的细胞焦亡（pyroptosis）和坏死性凋亡（necroptosis），这两种死亡方式会释放大量危险信号，进一步“火上浇油”，放大炎症损伤。研究表明，阻断这两种关键细胞的活化及其相互作用，可能有助于缓解日本脑炎的疾病进展。
这项研究不仅深入揭示了JEV致病的细胞与分子机制，为开发针对“血管-免疫细胞互作”轴心的新型治疗策略（例如靶向Ly6c2+单核细胞或Ackr1+内皮细胞）提供了直接理论依据和潜在靶点，更重要的是，它所建立的技术框架——整合时空转录组学与原位分析——为研究其他嗜神经性病毒（如西尼罗病毒、寨卡病毒，乃至某些疱疹病毒）的发病机制提供了可复用的强大方法学范例。这标志着我们对病毒性脑炎的认识，从传统的、相对孤立的“某种细胞或分子异常”，进入到了一个基于空间位置和细胞间通讯网络的、更为系统且动态的新阶段。
本研究主要运用了以下关键技术方法：首先，建立日本脑炎病毒（JEV）感染的雌性BALB/c小鼠模型。其次，核心是应用Stereo-seq空间转录组学技术，对感染后不同时间点的脑组织切片进行原位高通量测序，同步捕获宿主与病毒转录组信息，并保留空间坐标。通过生物信息学分析，构建感染过程的时空基因表达图谱，并鉴定关键细胞类型及其空间分布。此外，研究结合了免疫荧光染色、RNA原位杂交等传统原位技术，对Stereo-seq的发现进行验证，并利用流式细胞术等功能实验，进一步确认关键细胞类型（如Ly6c2+单核细胞）的功能。
Ly6c2+monocytes are the primary carrier of JEV and a major source of IFN-γ in the infected brain
通过整合Stereo-seq数据与细胞注释，研究人员发现，在JEV感染的小鼠脑中，Ly6c2+单核细胞是病毒转录本含量最高的免疫细胞群体，证实其为病毒的主要载体。同时，该细胞群高表达Ifng（干扰素-γ编码基因），并通过RNA原位杂交与免疫荧光共定位证实它们是感染脑组织中IFN-γ的主要细胞来源，揭示了其在驱动抗病毒免疫与炎症反应中的核心作用。
Activation of Ackr1+endothelial cells is associated with BBB disruption and immune cell chemotaxis
空间分析显示，表达Ackr1的血管内皮细胞在感染区域被显著激活。这些激活的内皮细胞高表达与血脑屏障破坏相关的分子（如Mmp9）及多种趋化因子。其空间位置与血脑屏障渗漏区域及免疫细胞（特别是Ly6c2+单核细胞）的浸润热点高度重合，表明Ackr1+内皮细胞在破坏血脑屏障完整性、并招募免疫细胞进入脑实质的过程中扮演了关键角色。
Crosstalk between Ly6c2+monocytes and Ackr1+endothelial cells drives perivascular inflammation and cell death
通过细胞间配体-受体互作分析，研究揭示了Ly6c2+单核细胞与Ackr1+内皮细胞之间存在活跃的通讯网络。这种互作与血管周围区域强烈的炎症信号（如肿瘤坏死因子TNF、白细胞介素-1β IL-1β）以及细胞焦亡（Gsdmd, Casp1）、坏死性凋亡（Mlkl, Ripk3）相关基因的表达上调空间共定位。结果表明，这两种细胞间的“对话”直接 orchestrate（策划）了以血管为中心、向外辐射的炎症和程序性细胞死亡。
Spatial expansion of pathology from vasculature to parenchyma
时空图谱的动态分析显示，感染早期的病理变化（如病毒复制、内皮激活、初始免疫浸润）主要集中在血管周围。随着感染进展，炎症和细胞死亡信号从这些血管中心区域逐渐向外扩展，侵入更远的脑实质区域，如皮层和海马。这一模式直观展示了病理如何从“桥头堡”（血管）向“腹地”（脑组织）蔓延。
Potential therapeutic implications of disrupting the monocyte-endothelial axis
基于上述发现，研究人员提出，靶向这一“单核细胞-内皮细胞”轴心可能是干预日本脑炎的新策略。理论上，抑制Ly6c2+单核细胞的浸润或功能，或阻断Ackr1+内皮细胞的激活，有望减轻血脑屏障破坏、遏制炎症风暴，从而缓解脑组织损伤和疾病进展。这为未来开发特异性更高的疗法指明了方向。
本研究的结论清晰地阐明，在日本脑炎小鼠模型中，疾病进展的核心驱动力是一个以脑血管为枢纽的细胞互作环路：Ly6c2+单核细胞作为病毒载体和炎症因子的主要来源，与被激活的Ackr1+内皮细胞相互作用。这种互作导致血脑屏障破坏，并 orchestrate（策划）了从血管向周围脑组织扩散的、以细胞焦亡和坏死性凋亡为特征的严重炎症与细胞死亡。讨论部分强调，这一发现将日本脑炎的病理机制理解提升到了“空间互作”的新维度，揭示了之前被忽略的、由特定细胞类型在特定空间位置发起的致病程序。更重要的是，该工作所展示的整合Stereo-seq与原位验证的研究范式，为系统性解析其他神经侵袭性病毒（乃至非感染性神经疾病，如多发性硬化、阿尔茨海默病）中复杂的细胞间通讯和空间病理机制提供了强大的技术框架和思路。它表明，未来针对此类疾病的干预，可能需要同时考虑靶点细胞的身份与其所处的微环境位置，从而设计出更精准、有效的治疗策略。
