白凡课题组与团队合作揭示狂犬病毒在小鼠脑内感染的三维空间和细胞类型分布特征

　　来源：病毒学界

　　狂犬病病毒（RABV）是一种典型的嗜神经病毒，是引发狂犬病的病原体。由于该病毒的致病机制不详，导致目前尚无有效的治疗手段，发病后的死亡率接近100%。我国每年因狂犬病死亡的人数在所有传染病中排前五位。因此，亟待深入研究RABV的致病机制，为开发新的临床治疗手段奠定理论基础。此前，由于技术和方法所限，不能准确了解RABV在宿主脑内的感染区域及细胞类型。近年来，随着单分子技术，包括荧光显微光学切片断层成像（fMOST）和单细胞转录组测序（scRNA-seq）技术的兴起，为上述科学问题的解析提供了技术支撑。

　　2022年1月20日，来自华中农业大学、北京大学和华中科技大学的研究团队协同攻关，在Clinical and Translational Medicine期刊以Research Article的形式在线发表了题为“A spatial and cellular distribution of rabies virus infection in the mouse brain revealed by fMOST and single-cell RNA sequencing”的研究成果。该研究联合使用fMOST和scRNA-seq技术，系统绘制了RABV在感染小鼠脑内的三维空间分布，揭示了多个未曾报道的易感神经核团，同时从单细胞水平分析了RABV感染的细胞类型，并揭示了巨噬细胞和自然杀伤（NK）细胞在RABV感染过程中的多种抗病毒功能亚群。

　　在本研究中，研究者首先构建了一个表达绿色荧光蛋白（EGFP）的重组RABV，将小鼠分别经后肢肌肉、耳皮下和滴鼻三种不同途径感染致死剂量的该重组病毒，在小鼠濒临死亡时，收集鼠脑并经过树脂固定后利用fMOST设备将鼠脑切成3000余片，切片同时自动进行荧光成像，最后通过图像重构绘制出RABV在鼠脑内的三维空间分布图谱（图1）。比较三种攻毒途径的荧光成像结果后发现，RABV在鼠脑内的空间分布明显受感染途径的影响，但感染途径对恐惧相关的多个细胞核团中的RABV分布没有显著影响，表明这些细胞核团可能与狂犬病的发病后造成的恐惧相关的生理现象密切相关。同样，三种攻毒途径下RABV均能够在脑干区域感染多个与呼吸和心跳相关的重要核团，提示这些核团与RABV造成的致死性多器官功能衰竭，尤其是心跳和呼吸功能衰竭密切相关（图2）。

　　图1. fMOST和scRNA-seq联合分析RABV 在小鼠脑内感染的模式图 

　　图2. 三种不同攻毒途径下RABV在鼠脑内的三维空间分布

　　随后，研究团队借助单细胞测序技术，分析了RABV感染的小鼠脑内主要细胞类型（图3）。通过与健康小鼠的单细胞测序结果比较，RABV感染后小鼠脑内巨噬细胞数量显著增加,并分化出三种不同功能的巨噬细胞：干扰素反应性巨噬细胞、蛋白酶体活性巨噬细胞和抗原加工和递呈巨噬细胞,揭示了巨噬细胞在RABV感染不同阶段的三种重要抗病毒功能。此外，研究者还发现RABV感染能够造成小鼠脑内NK细胞的大量凋亡，为进一步揭示RABV的免疫逃逸机制奠定了基础。

　　图3. scRNA-seq分析RABV在鼠脑内感染的主要细胞类型

　　本研究首次创新性的将fMOST和scRNA-seq两项最前沿的技术结合，绘制出一个典型嗜神经病毒--RABV在鼠脑内的三维空间和细胞类型的分布，为进一步解析RABV的致病机制和精准治疗狂犬病奠定了基础，同时也为研究其他嗜神经病毒提供了新思路。 华中农业大学赵凌教授，北京大学生物医学前沿创新中心(BIOPIC)、生命科学学院白凡教授和华中科技大学龚辉教授为本文的共同通讯作者。华中农业大学张雅春博士、北京大学生物医学前沿创新中心(BIOPIC)邢旭东博士和华中科技大学龙犇博士为本文的共同第一作者。该研究得到广东省基础与应用基础研究重大项目和国家自然科学基金等经费的大力支持。

　　论文链接: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/ctm2.700