寨卡病毒感染會(huì)阻礙新生兒的大腦發(fā)育，這種疾病被稱為小頭畸形，嬰兒出生時(shí)頭部異常小。為了確定如何最好地預(yù)防和治療病毒感染，科學(xué)家首先需要了解病原體如何進(jìn)入腦細(xì)胞。

加州大學(xué)圣地亞哥分校醫(yī)學(xué)院的兩個(gè)研究小組采用不同的方法回答不同的問(wèn)題，獨(dú)立鑒定出同一分子-αvβ5整合素-作為寨卡病毒進(jìn)入腦干細(xì)胞的關(guān)鍵。

在Cell Press發(fā)表的兩篇論文中，研究人員還發(fā)現(xiàn)了利用整聯(lián)蛋白來(lái)阻止Zika病毒感染細(xì)胞并將其轉(zhuǎn)變?yōu)橛幸嫖镔|(zhì)的方法：一種縮小腦癌干細(xì)胞的方法。

整聯(lián)蛋白是嵌入細(xì)胞表面的分子。它們?cè)诩?xì)胞粘附和交流中起重要作用，并且已知與癌癥的進(jìn)展和轉(zhuǎn)移有關(guān)。其他幾種整聯(lián)蛋白是其他病毒的已知切入點(diǎn)，包括腺病毒，口蹄疫病毒和輪狀病毒，但αvβ5先前在病毒感染中的作用尚不為人所知。

尋找鑰匙

由加州大學(xué)圣地亞哥分校醫(yī)學(xué)院和摩爾斯癌癥中心兒科遺傳學(xué)教授兼教授塔里克·拉納(Tariq Rana)博士領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)研究小組使用CRISPR基因編輯系統(tǒng)地刪除了人類3D文化中的每個(gè)基因膠質(zhì)母細(xì)胞瘤(腦癌)干細(xì)胞在實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)皿中生長(zhǎng)。然后，他們將每種變異暴露于寨卡病毒，以確定病毒進(jìn)入細(xì)胞所需的基因和它們編碼的蛋白質(zhì)。該病毒首次被綠色熒光蛋白(GFP)標(biāo)記，從而使研究人員可以觀察到病毒進(jìn)入細(xì)胞的過(guò)程。

他們的研究發(fā)表在《細(xì)胞報(bào)告》( Cell Reports)上，揭示了寨卡病毒感染并在細(xì)胞中復(fù)制所需的92種特定的人類腦癌干細(xì)胞基因。但是一個(gè)基因突出了，一個(gè)編碼αvβ5整聯(lián)蛋白的基因。

Rana說(shuō)：“整聯(lián)蛋白是眾所周知的分子，許多不同的病毒都將其用作門把手進(jìn)入人體細(xì)胞。” “我期望使用多種整合素或其他病毒也使用的其他細(xì)胞表面分子來(lái)找到Zika。但是相反，我們發(fā)現(xiàn)Zika使用的是獨(dú)特的αvβ5。當(dāng)我們進(jìn)一步檢查腦中αvβ5的表達(dá)時(shí)，這是完全合理的，因?yàn)?alpha;vβ5是Zika優(yōu)先感染的唯一富含神經(jīng)干細(xì)胞的整合素成員。因此，我們認(rèn)為αvβ5是Zika感染腦細(xì)胞能力的關(guān)鍵因素。”

阻止寨卡病毒感染

第二項(xiàng)研究發(fā)表在 Cell Stem Cell上，由加州大學(xué)圣地亞哥分校醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)系教授，加州大學(xué)圣地亞哥分校衛(wèi)生部神經(jīng)腫瘤學(xué)和腦腫瘤研究所所長(zhǎng)Jeremy Rich博士領(lǐng)導(dǎo)。知道許多病毒使用整聯(lián)蛋白進(jìn)入人體細(xì)胞后，Rich的研究小組用不同的抗體抑制了每個(gè)整聯(lián)蛋白，從而發(fā)現(xiàn)效果最好。

“當(dāng)我們阻斷其他整合素時(shí)，沒(méi)有區(qū)別。您可能還需要在細(xì)胞上澆水，”里奇(Rich)說(shuō)道，他同時(shí)也是加州大學(xué)圣地亞哥分校健康分校Sanford再生醫(yī)學(xué)聯(lián)合會(huì)和Sanford干細(xì)胞臨床中心的教員。“但是用αvβ5，用抗體阻斷它幾乎完全阻斷了病毒感染腦癌干細(xì)胞和正常腦干細(xì)胞的能力。”

Rich的研究小組隨后采用一種抗體或通過(guò)使編碼它的基因失活來(lái)抑制膠質(zhì)母細(xì)胞瘤小鼠模型中的αvβ5。兩種方法均能阻止寨卡病毒感染，并使治療小鼠的壽命比未治療小鼠更長(zhǎng)。他們還發(fā)現(xiàn)，阻斷在手術(shù)期間從患者身上取出的膠質(zhì)母細(xì)胞瘤腫瘤樣本中的αvβ5整聯(lián)蛋白可以阻斷寨卡病毒感染。

Rana的研究小組還阻斷了小鼠中的αvβ5，每天用西侖吉肽或SB273005(兩種針對(duì)整聯(lián)蛋白的實(shí)驗(yàn)性抗癌藥物)對(duì)其進(jìn)行治療。寨卡病毒感染六天后，用藥物治療的小鼠的大腦所含病毒的數(shù)量是模擬治療小鼠的一半。

Rana說(shuō)：“整潔的是，這些發(fā)現(xiàn)不僅有助于Zika病毒研究領(lǐng)域的發(fā)展，而且還開(kāi)辟了我們可以類似地阻止使用其他整合素與抗體或小分子抑制劑的多種病毒進(jìn)入的可能性。”

Rana和他們的團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在正在設(shè)計(jì)一種小鼠模型，該模型在大腦中缺乏αvβ5整聯(lián)蛋白-該工具可以使他們確定性地證明該分子對(duì)于Zika病毒的進(jìn)入和復(fù)制是必需的。

利用Zika治療腦癌

Rich是一位神經(jīng)腫瘤學(xué)家，專門診斷和治療膠質(zhì)母細(xì)胞瘤患者，這是一種特別具有侵略性和致命性的腦腫瘤。當(dāng)他第一次看到寨卡病毒如何使大腦組織萎縮時(shí)，它使他想起了他在治療膠質(zhì)母細(xì)胞瘤患者時(shí)希望實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。2017年，他和他的合作者 發(fā)表了一項(xiàng)研究 ，他們確定寨卡病毒選擇性靶向并殺死膠質(zhì)母細(xì)胞瘤干細(xì)胞，這些膠質(zhì)瘤干細(xì)胞傾向于對(duì)標(biāo)準(zhǔn)療法產(chǎn)生抵抗力，這是膠質(zhì)母細(xì)胞瘤術(shù)后復(fù)發(fā)并導(dǎo)致患者生存期縮短的重要原因。

Rich的最新研究有助于說(shuō)明該病毒對(duì)膠質(zhì)母細(xì)胞瘤干細(xì)胞的偏好高于對(duì)健康腦細(xì)胞的偏好。αvβ5整聯(lián)蛋白由兩個(gè)獨(dú)立的亞基-αv和β5組成。研究小組發(fā)現(xiàn)，膠質(zhì)母細(xì)胞瘤干細(xì)胞同時(shí)產(chǎn)生大量的αv亞基(與干細(xì)胞相關(guān))和β5亞基(與癌細(xì)胞相關(guān))。這些單元一起形成了αvβ5整聯(lián)蛋白，該小組發(fā)現(xiàn)，它們?cè)谀z質(zhì)母細(xì)胞瘤干細(xì)胞存活中起著重要作用。那些高水平的αvβ5整聯(lián)蛋白也有助于解釋為什么在這項(xiàng)研究中，膠質(zhì)母細(xì)胞瘤干細(xì)胞被寨卡病毒殺死的比例遠(yuǎn)高于正常干細(xì)胞或其他腦細(xì)胞類型。

Rich表示：“事實(shí)證明，幫助癌細(xì)胞成為侵略性癌癥干細(xì)胞的東西與寨卡病毒用來(lái)感染我們細(xì)胞的東西是一樣的。”

為了了解這種情況如何在更現(xiàn)實(shí)的人類疾病模型中發(fā)揮作用，Rich的團(tuán)隊(duì)與人腦疾病模型專家Alysson Muotri合作，博士，加州大學(xué)圣地亞哥分校醫(yī)學(xué)院教授，??加州大學(xué)圣地亞哥分校干細(xì)胞主任是該計(jì)劃的成員，也是桑福德再生醫(yī)學(xué)協(xié)會(huì)和團(tuán)隊(duì)的成員。Muotri實(shí)驗(yàn)室的博士后研究人員Pinar Mesci產(chǎn)生了一種新的腦腫瘤模型，其中將人膠質(zhì)母細(xì)胞瘤腫瘤移植到人腦器官中，它們是可以用于藥物發(fā)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)室“小腦”。研究人員發(fā)現(xiàn)寨卡病毒可以選擇性地從腦組織中消除膠質(zhì)母細(xì)胞瘤干細(xì)胞。抑制αvβ5整聯(lián)蛋白逆轉(zhuǎn)了這種抗癌活性，進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了該分子在寨卡病毒破壞細(xì)胞能力中的關(guān)鍵作用。

現(xiàn)在，Rich的團(tuán)隊(duì)正在與其他研究小組合作進(jìn)行針對(duì)性的藥物研究。除了像拉娜(Rana)的研究小組一樣在尋找阻止Zika病毒的藥物之外，Rich還對(duì)這種病毒的基因修飾感興趣，這種遺傳修飾可以更好地將其靶向腦癌細(xì)胞，同時(shí)不影響健康細(xì)胞。

“雖然我們可能需要修改正常的寨卡病毒以使其更安全地治療腦瘤，但我們也可能能夠利用該病毒破壞細(xì)胞的機(jī)制來(lái)改善我們治療膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的方式，” Rich說(shuō)。“我們應(yīng)該注意病毒。它們已經(jīng)進(jìn)化了許多年，非常擅長(zhǎng)靶向并進(jìn)入體內(nèi)的特定細(xì)胞。”

寨卡病毒最有名的可能是2015-16年，當(dāng)時(shí)一次大規(guī)模疫情主要影響拉丁美洲，但也影響了世界其他幾個(gè)地區(qū)。盡管這一流行病已經(jīng)過(guò)去，但寨卡病毒仍未消失。較小的局部爆發(fā)仍在繼續(xù)，并且在去年夏天，歐洲記錄了最初幾例寨卡病毒的本地感染病例?？茖W(xué)家警告，隨著氣候變化影響攜帶它的蚊子的棲息地范圍，寨卡病毒可能會(huì)繼續(xù)傳播。該病毒還可以通過(guò)性接觸從懷孕的母親傳播給胎兒。地球上有超過(guò)一半的人有感染寨卡病毒的危險(xiǎn)，因此沒(méi)有安全有效的治療方法或疫苗。