寨卡病毒通过靶向嗅鞘细胞导致小鼠嗅觉障碍

Zika virus leads to olfactory disorders in mice by targeting olfactory ensheathing cells.

作者信息Jia Zhou, Meng-Yue Guan, Rui-Ting Li, Yi-Ni Qi, Guan Yang, Yong-Qiang Deng, Xiao-Feng Li, Liang Li, Xiao Yang, Jian-Feng Liu, Cheng-Feng Qin
PMID36739631
发布时间2023-03
DOI10.1016/j.ebiom.2023.104457

实验完整度

包含体内小鼠模型(ICR、AG6、A129)和体外人类嗅觉类器官两个独立证据层级,并包含功能验证(嗅觉行为测试)和机制验证(细胞嗜性、转录组、细胞因子检测)。

主要模型

ICR(CD-1)新生小鼠 AG6小鼠(IFN-α/β和IFN-γ受体缺陷) A129小鼠(IFN-α/β受体缺陷) 人嗅黏膜衍生的嗅觉类器官

重点核对

小鼠品系:ICR(CD-1)、AG6、A129;ICR用于嗅觉功能测试,AG6和A129用于感染动力学和免疫反应分析 病毒株:ZIKV GZ01(GenBank accession No. KU820898) 感染途径与剂量:ICR新生鼠脑内接种10 PFU或10^3 PFU;AG6小鼠鼻内接种10^4 PFU;A129小鼠鼻内接种10^5 PFU 嗅觉功能测试:在感染后28、35、42天进行埋藏食物颗粒测试(BFPT) 细胞靶向分析:使用RNAscope和免疫荧光共标记评估ZIKV与S100B、OMP、GAP43、CK8、CK5的共定位

摘要

背景:寨卡病毒是一种新兴的黄病毒属虫媒病毒,与新生儿先天性寨卡综合征相关。先天性寨卡综合征患儿已记录有多种临床症状,包括智力障碍、言语迟缓、协调或运动问题以及听力和视力丧失。然而,寨卡病毒能否侵入嗅觉系统并导致病毒后嗅觉功能障碍仍不清楚。方法:我们使用小鼠模型和源自患者嗅黏膜的人嗅觉类器官研究了嗅觉系统对寨卡病毒感染的易感性和生物学反应。结果:我们证明,感染寨卡病毒的新生小鼠在青春期时出现短暂的嗅觉功能障碍。此外,寨卡病毒主要靶向嗅鞘细胞,并在免疫缺陷AG6小鼠的嗅黏膜中表现出广泛的细胞嗜性,与少量成熟/未成熟嗅觉感觉神经元、支持细胞和水平基底细胞共定位。寨卡病毒感染在嗅黏膜和嗅球组织中诱导强烈的抗病毒免疫反应,导致促炎细胞因子/趋化因子和抗病毒反应相关基因上调。组织病理学和转录组分析显示嗅觉系统出现典型的组织损伤。最后,利用气液培养系统,我们证明寨卡病毒主要靶向支持细胞和嗅鞘细胞,并支持寨卡病毒的强劲复制。解释:我们的结果表明,嗅觉系统是寨卡病毒感染的重要靶标,病毒后嗅觉功能障碍可能在先天性寨卡综合征患者中被忽视。资助:致谢中所述。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
寨卡病毒能否侵入嗅觉系统并导致病毒后嗅觉功能障碍?
核心机制
ZIKV主要靶向嗅鞘细胞,并在嗅黏膜和嗅球中诱导强烈的抗病毒免疫反应,包括促炎细胞因子/趋化因子上调,导致组织损伤和嗅觉功能障碍。
主要证据
新生ICR小鼠感染后出现短暂嗅觉功能障碍;AG6和A129小鼠的嗅黏膜和嗅球中检测到病毒复制;人嗅觉类器官中ZIKV感染支持病毒复制,主要靶向支持细胞和嗅鞘细胞。
研究意义
嗅觉系统是ZIKV感染的重要靶标,PVOD可能是CZS患者中被忽视的神经后遗症,为深入理解ZIKV发病机制和开发抗病毒策略提供实验基础。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

新生小鼠模型的建立与嗅觉功能评估

评估新生儿期ZIKV感染是否导致青春期小鼠的嗅觉功能障碍

7日龄ICR小鼠脑内接种10 PFU ZIKV,在感染后28、35、42天进行埋藏食物颗粒测试,评估嗅觉功能;同时检测血清中ZIKV特异性IgG和病毒RNA。

2

病毒复制与组织分布分析

确定ZIKV在嗅觉系统(嗅黏膜、嗅球、脑)中的复制动态和分布

3日龄ICR小鼠脑内接种10^3 PFU,在不同时间点收集嗅黏膜、嗅球和脑组织,通过qRT-PCR和RNAscope原位杂交检测病毒RNA。或将AG6/A129小鼠鼻内感染ZIKV,检测血清、肺、嗅黏膜、嗅球和脑中的病毒RNA。

3

细胞嗜性分析

鉴定ZIKV在嗅黏膜和嗅球中的主要靶细胞类型

使用RNAscope荧光检测与免疫荧光染色结合,检测ZIKV负链RNA与嗅鞘细胞(S100B)、成熟/未成熟嗅觉感觉神经元(OMP、GAP43)、支持细胞(CK8)、水平基底细胞(CK5)的共定位。

4

组织病理学分析

评估ZIKV感染对嗅黏膜和嗅球组织的病理损伤

对感染的AG6小鼠嗅黏膜和嗅球组织进行H&E染色,半定量评分(结构损伤、水肿、炎症浸润、出血等)。

5

转录组分析

研究ZIKV感染对嗅黏膜和嗅球基因表达的影响,揭示免疫反应和细胞损伤相关通路

对ZIKV感染或模拟处理的AG6小鼠嗅黏膜和嗅球组织进行RNA-seq,分析差异表达基因和GO富集。

6

细胞因子/趋化因子检测

评估ZIKV感染后嗅黏膜和嗅球中细胞因子的表达变化

使用Luminex 36-Plex小鼠细胞因子/趋化因子panel检测感染A129小鼠嗅黏膜和嗅球组织中36种细胞因子的水平。

7

人嗅觉类器官感染模型

验证人嗅黏膜对ZIKV的易感性和复制能力

从患者嗅黏膜活检组织构建人嗅觉类器官,在ALI培养系统中分化为假复层嗅上皮结构,从顶侧以MOI 3感染ZIKV,检测病毒RNA在不同时间点的水平,并通过免疫荧光观察病毒抗原与细胞标志物的共定位。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
RPMI-1640培养基----
DMEM培养基Thermo Fisher Scientific--
胎牛血清Gibco--
青霉素-链霉素Gibco--
分散酶IStemcell Technologies--
PneumaCult™-Ex Plus 培养基Stemcell Technologies--
PneumaCult™-ALI 培养基Stemcell Technologies--
Transwell 小室 3470Corning3470
BHK-21细胞ATCCCCL-10
C6/36细胞ATCCCRL-1660
重组ZIKV包膜蛋白Sino Biological40543-V08B4
ELISA板Nunc--
TMB底物Solarbio--
TRIzol试剂Invitrogen--
PureLink RNA小量提取试剂盒Invitrogen12183018A
一步法PrimeScript RT-PCR试剂盒Takara Bio--
LightCycler® 480 系统Roche Diagnostics--
RNAscope 2.5 HD检测试剂盒-棕色Advanced Cell Diagnostics (ACD)322310
RNAscope探针-V-ZIKVsph2015Advanced Cell Diagnostics (ACD)467871
RNAscope多重荧光试剂盒v2Advanced Cell Diagnostics (ACD)323100
RNAscope探针-V-ZIKV-NS3-senseAdvanced Cell Diagnostics (ACD)1073501
RNAscope靶标修复缓冲液Advanced Cell Diagnostics (ACD)322000
蛋白酶PlusAdvanced Cell Diagnostics (ACD)322330
抗S100β抗体Abcamab52643
抗嗅觉标记蛋白抗体Abcamab183947
抗GAP43抗体Abcamab5220
抗细胞角蛋白8抗体Abcamab53280
抗细胞角蛋白5抗体Abcamab52635
RIPA裂解缓冲液CWBIOCW2334S
细胞因子和趋化因子36-Plex小鼠ProcartaPlex™ Panel 1AInvitrogenEPX360-26092-901
Luminex-200系统Luminex Corporation--
NEBNext® Ultra™ RNA文库制备试剂盒NEBE7530L
DNA酶INEB--
HiSeq PE簇生成试剂盒v4-cBot-HSIllumina--
Illumina Novaseq6000平台Illumina--
Pannoramic DESK、P-MIDI、P250、P10003D HISTECH--
GraphPad Prism 8GraphPad Software--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
新生小鼠嗅觉功能实验
小鼠品系、感染剂量、感染途径、嗅觉测试时间点、食物限制程序、测试时间窗口
阅读提示:Methods-Mouse experiments; Results-Subtle olfactory dysfunction; Figure 1D
病毒复制检测
小鼠品系、感染剂量、途径、取材时间点、病毒RNA定量方法(qRT-PCR、RNAscope探针)
阅读提示:Methods-Mouse experiments; Results-The olfactory tissues were susceptible; Figure 2G-J
细胞嗜性分析
组织切片制备、RNAscope荧光检测和免疫荧光共标记的抗体、探针
阅读提示:Results-ZIKV mainly targets olfactory ensheathing cells; Figure 3A-B
组织病理学评估
组织固定、切片、H&E染色、病理评分标准
阅读提示:Methods-Histopathology assay; Figure 3C
转录组分析
RNA提取、文库构建、测序平台、差异表达基因筛选标准
阅读提示:Methods-RNA library construction and sequencing; Results-ZIKV infection induces robust immune responses
细胞因子检测
Luminex panel、样品处理、组织裂解方法
阅读提示:Methods-Luminex assay; Results-ZIKV infects the olfactory system and induces strong cytokine/chemokine response
人嗅觉类器官感染
类器官培养方法、分化天数、MOI、感染时间、样本收集点、检测方法
阅读提示:Methods-Generation of human olfactory organoids; Results-Human olfactory organoids were permissive; Figure 6