综述：超越脑雾：病毒蛋白作为神经炎症和蛋白病的汇聚驱动因素

《Current Opinion in Virology》：Beyond brain fog: viral proteins as convergent drivers of neuroinflammation and proteinopathy

　　

本综述提出一个观点，即最近最关键的发展并非这些蛋白质具有毒性，而是其毒性机制如何汇聚。研究人员综合了过去两年的证据，表明来自多种具有人畜共患潜力的高传染性病毒家族（例如冠状病毒科 Coronaviridae、黄病毒科 Flaviviridae、正黏病毒科 Orthomyxoviridae）的蛋白质，共同作用于相同的宿主通路。研究人员聚焦于两种汇聚机制：（1）激活胶质细胞Toll样受体（TLR）4/TLR2信号通路，从而引发慢性神经炎症级联反应；（2）破坏宿主蛋白稳态（proteostasis），进而诱发神经退行性蛋白病（proteinopathies），如α-突触核蛋白（alpha-synuclein）和tau蛋白（tau）的聚集。这一框架将病毒感染后综合征定位为机制上相关的疾病，并识别出泛病毒治疗靶点，例如TLR抑制剂和自噬（autophagy）激活剂。

**引言**
COVID-19大流行证实了神经病毒学中一项长期存在的观察结果：在急性病毒清除后，从认知障碍（“脑雾”）到疲劳等使人衰弱的神经系统症状会持续存在。这种COVID-19后急性后遗症（Neuro-PASC）凸显了一个在HIV相关神经认知障碍（HAND）中也观察到的神经悖论，即症状严重程度与中枢神经系统（CNS）病毒载量脱节。关键的是，这些综合征中涉及的神经炎症通路与认知障碍直接相关。NLRP3炎症小体（NLRP3 inflammasome）现已被认为是多种神经系统疾病中海马依赖性记忆缺陷的驱动因素，而SARS-CoV-2 S1亚基介导的Toll样受体4（TLR4）和NLRP3激活已在啮齿动物模型中重现了长期认知功能障碍。该领域已大体上超越了经典神经感染和复制依赖性模型来解释这种神经病理学。目前日益确定的是，脱落的可溶性病毒蛋白作为移动神经毒素，是脑损伤的主要驱动因素之一。SARS-CoV-2 S1亚基和HIV-1 gp120就是例子，已知它们能穿过血脑屏障（BBB）并诱导直接和胶质细胞介导的神经毒性。因此，核心问题（也是本综述的核心观点）不再是这些蛋白质是否有毒，而是其毒性机制如何汇聚。过去两年的证据表明，来自不同病毒家族（冠状病毒科Coronaviridae、逆转录病毒科Retroviridae、黄病毒科Flaviviridae和正黏病毒科Orthomyxoviridae）的病毒蛋白共同作用于相同的关键宿主通路。本综述将综合近期发现，论证这些蛋白汇聚于两种主要机制：（1）激活胶质细胞先天免疫受体，特别是TLR4和TLR2，以及下游的NLRP3炎症小体组装，驱动共同的慢性神经炎症级联反应；（2）诱发生物宿主蛋白聚集（例如α-突触核蛋白alpha-synuclein、tau蛋白tau），为急性感染与长期神经退行性变潜在风险之间提供直接联系。这种风险甚至可能跨代传播：母体流感感染已被证明会增加后代对后续病毒感染的易感性，而母体寨卡病毒感染可导致后代出现神经系统症状。
**汇聚枢纽1：通过先天免疫受体激活胶质细胞**
最新进展证实，脑内驻留胶质细胞——小胶质细胞和星形胶质细胞——是蛋白介导神经病理学的中心放大器。这建立在大量先前研究基础之上，这些研究确立了小胶质细胞反应特别是病毒性脑炎期间神经元损伤的关键驱动因素。多项证据表明，病毒蛋白可作为病原体相关分子模式（PAMPs）的功能类似物，与胶质细胞上的模式识别受体（PRRs）结合，从而启动慢性神经炎症级联反应。PRRs是种系编码的先天免疫传感器，可检测保守的微生物结构和内源性危险信号。在胶质细胞PRRs中，TLR4尤为重要：配体结合后，TLR4招募衔接蛋白MyD88和TRIF，分别激活核因子κB（NF-κB）/丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）驱动的细胞因子产生和IRF3介导的I型干扰素（IFN-I）信号传导。然而，经典PAMPs由保守的分子基序定义，例如脂多糖（LPS）的脂质A部分，被特定PRRs识别。对于SARS-CoV-2 S1亚基等病毒蛋白，其PRR参与的结构基础仍未被表征。值得注意的是，TLR4也能结合内源性警报素，如高迁移率族蛋白B1（HMGB1），这提出了病毒蛋白可能通过不同于经典PAMP识别的机制激活先天免疫信号的可能性。SARS-CoV-2 S1蛋白是这一过程的最佳特征示例。S1能强力激活小胶质细胞，近期研究确定TLR4是其主要传感器。这种相互作用通过一种前馈机制被放大：预先存在的α-突触核蛋白病理本身可使外周和中枢免疫细胞对后续炎症刺激（如LPS）敏感化。S1-TLR4结合触发经典下游信号传导，包括NF-κB和p38 MAPK激活，并且关键的是，驱动NLRP3炎症小体组装。由此产生的炎症状态是神经元损伤的关键驱动因素，包括通过TLR4介导的小胶质细胞吞噬作用导致的突触丢失。S1还具有直接神经毒性，通过RIPK1通路触发程序性坏死。最近关于星形胶质细胞反应的研究为这一框架增加了一个独特的信号传导轴。星形胶质细胞通过一个独立的TLR2–MyD88–TANK结合激酶1（TBK1）轴识别S1，启动强烈的IFN-I反应，而在细菌介导的激活中未见此反应。这种对TLR信号传导的汇聚并非SARS-CoV-2所独有。近期研究表明，已确立的人畜共患病毒，特别是嗜神经黄病毒，也参与类似的通路。分泌型黄病毒NS1是一种多功能蛋白，在病毒复制、免疫逃逸和宿主细胞相互作用中起核心作用。日本脑炎病毒（JEV）的NS1近期被证明通过激活内皮细胞中的TLR4-MIF-自噬通路破坏血脑屏障（BBB），导致紧密连接减少。同样，登革热病毒（DENV）NS1通过脑内皮细胞中的Jak-STAT和NF-κB通路激活炎症信号传导，与PRR介导的反应一致。进一步支持这一点的是，蜱传脑炎病毒和西尼罗病毒（WNV）分泌的NS1已被证明通过阻断树突状细胞活化直接调节宿主免疫反应。甚至来自传统上不认为是嗜神经的呼吸道病毒的蛋白质也参与此TLR4介导的信号轴。流感A M1蛋白近期被发现能触发TLR4信号传导，导致活性氧（ROS）产生和细胞凋亡。这些病毒显示出增强的感染潜力，因为它们大多是媒介传播的人畜共患病原体，并且由于气候变化，其地理分布正在扩大，感染风险急剧增加。这些胶质细胞介导的神经炎症机制对认知有直接的功能性后果。NLRP3炎症小体已被确定为海马依赖性记忆缺陷的因果贡献者：在阿尔茨海默病模型中，NLRP3缺陷可保护空间记忆丧失和突触可塑性失败，药理学NLRP3抑制可完全挽救衰老APP/PS1小鼠的学习和记忆。在人类死后组织中，海马CA区和下托区NLRP3通路上调与认知衰退评分直接相关。近期工作表明，同一轴线下潜着病毒感染后认知障碍：鼻腔内给予S1蛋白可进入海马和纹状体，在那里稳定缺氧诱导因子-1α（HIF-1α），下调突触可塑性基因，并促进磷酸化tau蛋白和α-突触核蛋白聚集体的积累，导致可测量的认知缺陷，而二甲双胍可挽救这些缺陷。临床神经影像学数据证实了这些实验发现。具有认知后急性期COVID-19后遗症（Cog-PASC）的患者表现出扣带皮质和岛叶皮质变薄、海马铁积累和血浆胶质纤维酸性蛋白（GFAP）升高，这些是活跃的星形胶质细胞损伤和神经退行性变的标志物，在其他PASC亚型中未见。这些发现强化了核心论点：不同的病毒蛋白汇聚于CNS内共同的信号传导轴。TLR4/TLR2/NLRP3轴代表了一个合理的、泛病毒的靶点，用于治疗感染后神经炎症。
**汇聚枢纽2：播散慢性神经退行性蛋白病**
除了急性炎症，近期一个关键进展是病毒蛋白能够启动或加速神经退行性疾病核心的宿主蛋白聚集级联反应。这些疾病，或称蛋白病，以蛋白稳态破坏和特定宿主蛋白聚集为特征。众所周知的例子包括阿尔茨海默病（一种以tau蛋白聚集为特征的tau蛋白病）和帕金森病（一种由α-突触核蛋白聚集驱动的突触核蛋白病）。这种致病联系可能植根于这些宿主蛋白的生理功能。有证据表明，神经退行性蛋白病核心蛋白如α-突触核蛋白和β-淀粉样蛋白（amyloid-beta）可能发挥抗菌肽的作用，能够靶向和中和病原体。这一特性为针对微生物的先天免疫防御与蛋白聚集的早期分子事件之间提供了直接联系。一旦聚集开始，几种假说推测这些蛋白会以类似朊病毒的方式扩散到其他脑区。或者，聚集蛋白可能起源于外周并通过迷走神经等神经到达大脑，这与病理的肠优先启动一致。事实上，改变的肠道微生物组与蛋白病风险增加相关，可能通过微生物蛋白触发宿主蛋白聚集和炎症。这表明，急性暴露于微生物和/或病毒蛋白可能作为慢性、自我传播蛋白病的“播散事件”。对于病毒蛋白，SARS-CoV-2提供了最有力的支持证据，近期研究证实该机制在体内运作。病毒S1蛋白已被证明能在脑膜表面长期存留，作为慢性储库，并已在人视网膜（一种CNS邻近组织）中发现与淀粉样蛋白病理共定位。这些实验发现得到临床生物标志物数据的支持：在一个大型纵向队列中，SARS-CoV-2感染与血浆Aβ₄₂:Aβ₄₀比值降低和pTau-181升高相关，这些生物标志物变化与阿尔茨海默病相关的脑结构改变和较低认知测试分数有关。这种体内作用得到机制研究的支持：小鼠全身性给予S1可诱导脑内病理性α-突触核蛋白改变，这建立在S1直接结合并交叉播种α-突触核蛋白纤维的发现之上。这种效应不仅限于S1：核衣壳（N）蛋白也能强力加速α-突触核蛋白聚集，并且S1激活星形胶质细胞IFN-I通路，进而驱动tau蛋白过度磷酸化。这一机制扩展到其他病毒家族。WNV感染在欧洲有所增加，近期工作开始将WNV分泌的非结构蛋白1（sNS1）与CNS病理和神经退行性变相关过程联系起来。在体外，sNS1激活胶质细胞并诱导β-淀粉样蛋白表达。此外，WNV衣壳（C）蛋白通过抑制自噬诱导磷酸化tau蛋白的神经原纤维缠结，导致有毒蛋白聚集体的积累。类似地，流感A病毒（IAV）感染通过阻断自噬流，选择性地引起多巴胺能神经元中α-突触核蛋白聚集。加强这一点，近期研究表明IAV NS1蛋白失调涉及淀粉样蛋白通路和神经元死亡的宿主基因，暗示该病毒与神经退行性变相关的转录变化。JEV NS1同样通过MIF依赖性信号破坏自噬和BBB完整性，进一步支持了这些机制的汇聚。从这些近期研究中浮现的汇聚机制是细胞蛋白稳态的复杂破坏，而非简单抑制。病毒蛋白可能最初上调内溶酶体系统的组分，例如组织蛋白酶L（CTSL），以促进自身裂解和进入。然而，近期证据表明这些蛋白同时损害同一系统。例如，SARS-CoV-2 S1蛋白与内溶酶体受体TLR7相互作用，触发导致溶酶体脱酸、膜泄漏和整体内溶酶体功能障碍的级联反应。这种诱导的功能障碍——与WNV、IAV和JEV研究中观察到的蛋白稳态破坏一致——损害了细胞清除错误折叠蛋白的基本能力。这创造了一种蛋白稳态失败的状态，使得病毒播散的聚集体（α-突触核蛋白、tau）得以积累和持续存在。这将急性病毒感染定位为启动进行性神经退行性级联反应的“第一次打击”。
**结论与治疗前景**
本综述综合的最新证据有力支持了一个日益获得认可的观点：即“蛋白作为病原体”模型是理解病毒感染后神经系统综合征的核心。关键进展是不同病毒蛋白汇聚到共同的致病信号轴。这一框架将此前缺乏统一分子解释的疾病如Neuro-PASC和ME/CFS重新定义为慢性、蛋白驱动的神经炎症和突触病变的机制相关疾病。这些疾病特征性的认知障碍现在可追溯到特定的机制基础：一方面是NLRP3驱动的突触丢失和小胶质细胞吞噬作用，另一方面是早期蛋白病性突触可塑性破坏，两者都得到COVID-19后队列的临床神经影像学和血浆生物标志物数据的支持。这些汇聚机制的识别开辟了合理的、泛病毒的治疗途径。该模型建议，无需为每种病毒感染后综合征开发独特的抗病毒药物，而是可以靶向共同的宿主反应。抑制TLR4（如TAK-242）或NLRP3炎症小体激活的药物可以从源头抑制炎症级联反应，无论起始病毒蛋白是什么。事实上，这一治疗概念已在研究中。迄今为止最强有力的预防证据来自抗炎药物二甲双胍，当在急性感染期间给予时，一项大型3期试验显示其将长新冠发生率降低超过40%。然而，对于已确立的长新冠治疗，结果更为复杂。值得注意的是，直接靶向NLRP3炎症小体的药物秋水仙碱在近期试验中未显示出改善长期功能结局的显著益处。这突显了时机和机制上的挑战。其他途径仍然有希望，几项正在进行的试验正在研究JAK抑制剂（如巴瑞替尼baricitinib），并且低剂量纳曲酮和静脉注射免疫球蛋白的初步阳性报告已出现，两者都通过不同机制靶向神经炎症通路。此外，病毒蛋白与蛋白稳态（如自噬）破坏之间的联系具有直接的治疗意义。这表明促进自噬流的化合物可以重新利用作为神经保护剂，帮助清除病毒播散的蛋白聚集体。该模型假设急性病毒感染可能作为启动或延续前驱神经退行性状态的“第一次打击”。这为长期监测病毒感染后队列的神经系统状况创造了紧迫的公共卫生任务，并加速了对靶向这些共同机制靶点的疗法的需求，以免进展性蛋白病形成。发展神经退行性疾病和感染人畜共患病毒的风险都在全球范围内上升，加剧了它们对公共卫生的负担。