Nat Neurosci | 羅敏華團(tuán)隊(duì)揭示HSV-1 H129株跨突觸傳播分子機(jī)制

2026年4月14日，高致病性病毒與生物安全全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/中國科學(xué)院武漢病毒研究所羅敏華團(tuán)隊(duì)在嗜神經(jīng)病毒HSV-1 H129株（H129）的神經(jīng)系統(tǒng)中傳播機(jī)制研究中取得重要突破。該研究首次揭示H129如何利用神經(jīng)元的突觸傳遞分子機(jī)制實(shí)現(xiàn)突觸特異的神經(jīng)元間傳播，解決了長期以來該病毒作為神經(jīng)環(huán)路示蹤工具是否經(jīng)突觸特異性傳播的爭議，為進(jìn)一步研發(fā)/優(yōu)化H129順向神經(jīng)環(huán)路示蹤工具提供了關(guān)鍵的設(shè)計(jì)依據(jù)。相關(guān)成果在線發(fā)表于神經(jīng)科學(xué)國際學(xué)術(shù)期刊Nature Neuroscience。

前期，團(tuán)隊(duì)建立了H129遺傳改造平臺(tái)（H129的細(xì)菌人工染色體，H129-BAC），研發(fā)了系列順向神經(jīng)環(huán)路示蹤工具，包括順向跨多級(jí)工具H129-G4，首個(gè)順向跨單級(jí)工具H129-dTK (2017, PMID: 28499404)，更高效、特異的順向跨單級(jí)工具H129-dgK-G4 (2022, PMID: 35012591)，快速、高效、低毒的跨單級(jí)系統(tǒng)H129Amp- CTG (2022, PMID: 36496505)，填補(bǔ)了順向跨突觸示蹤工具領(lǐng)域的空白。然而，H129是否真正以突觸特異性方式傳播、其跨突觸傳播的具體分子機(jī)制不明確，這不僅限制了其在神經(jīng)環(huán)路示蹤中的精準(zhǔn)應(yīng)用，也阻礙了對(duì)HSV-1腦內(nèi)傳播引發(fā)腦炎、增加阿爾茨海默病風(fēng)險(xiǎn)等病理過程的深入理解。因此，闡明H129的跨突觸傳播機(jī)制，既是HSV-1病毒學(xué)研究的核心課題，也是神經(jīng)科學(xué)工具開發(fā)的重要基礎(chǔ)。

在病毒遺傳改造平臺(tái)基礎(chǔ)上，構(gòu)建了含GFP、mCherry、BFP、pHluorin、GCaMP和shRNA等的系列H129工具病毒，使病毒感染可視化并實(shí)現(xiàn)載體功能。同時(shí)，建立并優(yōu)化了微流控原代小鼠神經(jīng)元培養(yǎng)系統(tǒng)，將突觸前、突觸后神經(jīng)元分隔于兩個(gè)獨(dú)立腔室，僅允許突觸前神經(jīng)元軸突經(jīng)微通道與突觸后神經(jīng)元形成突觸連接。結(jié)合活細(xì)胞成像和透射電鏡成像，實(shí)現(xiàn)了病毒跨突觸轉(zhuǎn)運(yùn)的實(shí)時(shí)追蹤（圖1），并解析了其跨突觸傳播機(jī)制。H129跨突觸傳播分三個(gè)關(guān)鍵步驟：1. 突觸前 ‘virion vesicle’ 組裝，H129核衣殼在突觸前末端依賴于自噬機(jī)制組裝成 ‘virion vesicle’，形態(tài)和分泌機(jī)制類似于dense core vesicle；抑制自噬可阻斷 ‘virion vesicle’ 形成，導(dǎo)致病毒以核衣殼的形式滯留于突觸前，病毒跨突觸傳播被抑制。2. 突觸前分泌釋放，‘virion vesicle’依賴于電壓門控鈣通道介導(dǎo)的Ca2+內(nèi)流（圖2），Synaptotagmin-7作為關(guān)鍵Ca2+ 感受器以及SNARE復(fù)合物（VAMP2）進(jìn)一步介導(dǎo) ‘virion vesicle’ 的突觸前分泌釋放；活細(xì)胞成像和電鏡成像分析顯示病毒呈現(xiàn)快速附著（融合孔打開）、緩慢釋放、完全融合的三階段動(dòng)力學(xué)特征，與神經(jīng)遞質(zhì)釋放高度相似。3. 突觸后進(jìn)入，病毒釋放后，通過其gD蛋白與突觸后膜nectin-1受體特異性結(jié)合，經(jīng)網(wǎng)格蛋白介導(dǎo)的內(nèi)吞進(jìn)入突觸后神經(jīng)元；TMEFF1作為HSV-1的限制因子，通過干擾gD/nectin-1相互作用抑制病毒跨突觸進(jìn)入。

本研究闡明了H129可劫持神經(jīng)元Ca2+ 依賴的突觸前分泌機(jī)制與網(wǎng)格蛋白介導(dǎo)的內(nèi)吞作用等生理過程實(shí)現(xiàn)突觸特異性跨突觸傳播（圖3）。上述發(fā)現(xiàn)不僅為解析 HSV-1 在中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)的傳播規(guī)律、闡明皰疹病毒性腦炎的致病機(jī)制，以及揭示 HSV-1 感染通過突觸途徑增加阿爾茨海默病發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)的潛在通路提供了重要理論依據(jù)；同時(shí)也為優(yōu)化 H129 順行跨突觸神經(jīng)示蹤工具確立了明確的設(shè)計(jì)原則，對(duì)構(gòu)建更高效、低毒的神經(jīng)環(huán)路示蹤病毒工具具有重要指導(dǎo)意義。該研究成果為研發(fā)高安全性、高特異性的新一代無毒大容量病毒載體奠定了關(guān)鍵理論基礎(chǔ)與核心技術(shù)支撐，將推動(dòng)神經(jīng)環(huán)路解析與基因治療的載體創(chuàng)新研發(fā)。

圖1HSV-1 H129跨突觸傳播

圖2Ca2+是H129突觸前分泌釋放所必需

圖3HSV-1 H129跨突觸傳播工作模型

中國科學(xué)院武漢病毒研究所博士生秦海濱為該論文的唯一第一作者，該工作經(jīng)歷8年，得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)、武漢市重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、湖北省自然科學(xué)基金、江蘇省重大科研設(shè)施項(xiàng)目、華中科技大學(xué)跨學(xué)科研究項(xiàng)目等基金的聯(lián)合支持。

文章來源：病毒與生物安全全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41593-026-02254-8