根据来自宾州州立大学和贝勒医学院的研究团队，寨卡病毒构建了称为隧道纳米管的微小隧道，以隐秘地运输感染附近细胞所需的物质，包括胎盘细胞。这是病毒穿越胎盘屏障的方式之一，在怀孕期间从母亲传播到胎儿，而不会引起免疫系统的警报。研究团队还首次展示了一个特定的寨卡蛋白——非结构蛋白1 (NS1)——负责纳米管的形成。
在2015年，寨卡病毒的爆发引发了美洲的流行。感染寨卡病毒的人通常是通过蚊虫叮咬，可能只会有轻微症状，但如果该人是孕妇，则可能导致严重的出生缺陷。病毒是如何从母亲传播到胎儿的呢？
一组来自宾州州立大学和贝勒医学院的研究人员发现，寨卡病毒构建微小隧道，称为隧道纳米管，以隐秘地运输感染附近细胞所需的物质，包括胎盘细胞。这是病毒穿越胎盘屏障的方式之一，在怀孕期间从母亲传播到胎儿而不会引起免疫系统的警报。研究团队还首次展示了一个特定的寨卡蛋白——非结构蛋白1 (NS1)——负责纳米管的形成。
这些研究结果发表于《自然通讯》，是识别预防感染措施和潜在抗病毒治疗靶点的第一步。该研究由美国国家过敏和传染病研究所提供资助，资金总额接近400万美元，预计在2024年获得。
“寨卡要感染新生儿，意味着病毒必须从母亲穿过胎盘屏障，而胎盘通常只允许一些特定的分子通过，例如营养物质和抗体，”宾州州立大学生物化学与分子生物学研究教授、论文的资深作者阿努普·纳拉扬表示。“通过这一新发现，我们也许能够找到一种方法，使病毒不从母亲传播到胎儿，并控制其传播。”
寨卡是一种属于黄病毒科的正黄病毒，包含西尼罗河、登革热和黄热病毒，通常通过媒介，或携带病原体并感染其他有机体的生物来传播。在这种情况下，蚊子就是媒介。不像其他黄病毒，寨卡还可以在没有媒介的情况下在人与人之间传播，是唯一能从感染的母亲传播到胎儿的黄病毒。
研究人员解释道，寨卡感染成年人通常不会很严重。然而，如果孕妇感染，病毒可能会影响胎儿的发育，导致神经系统疾病和其他异常。目前没有寨卡疫苗或抗病毒药物。
“有些东西可以阻止这种感染传递给胎儿是非常重要的，”宾州州立大学生物化学与分子生物学副教授、研究的共同作者乔伊斯·霍泽说。尽管寨卡病毒的传播在下降，但霍泽表示未来疫情的威胁仍然存在，尤其是携带寨卡病毒的蚊子可能会因气候和天气变化传播到新的不同地区。
团队偶然发现了寨卡能够构建微小隧道的能力。在宾州州立大学，研究人员在荧光显微镜下检查感染寨卡病毒的活细胞时，注意到连接相邻细胞的长管状结构，细胞质膜与细胞质膜相连。当他们观察感染其他病毒的细胞时，如登革热和黄热，他们没有看到任何管状结构。同时，贝勒的研究人员也注意到，寨卡诱导胎盘细胞形成纳米管。当两个团队相互分享他们的发现后，他们进行了更多的测试，发现这些微小的隧道实际上在胎盘细胞中更为明显。
像HIV、单纯疱疹病毒和SARS-CoV-2（导致COVID-19的病毒）等病毒也构建微小隧道，并利用这些隧道传播到未感染细胞，但这些病毒不会穿越胎盘。通过在体外的人的胎盘细胞实验，这个团队发现被寨卡感染的胎盘细胞创建隧道以连接未感染细胞。这些细胞是从商业可获得的细胞系中获得的。
细胞间的连接充当导管，使病毒颗粒、蛋白质和RNA可以从感染的细胞运输到相邻的未感染细胞。
“如果病毒在细胞外，它可以被血液中的抗体捕获。但这些管道就像细胞的延伸，因此病毒得到了保护，没有被抗体中和，”霍泽说。换句话说，病毒隐秘地绕过了免疫系统。当团队检查无法构建纳米管的寨卡病毒感染胎盘细胞时，病毒的生长和传播减少。
但物质并不是仅仅朝一个方向流动。细胞的主要能量来源线粒体会从未感染细胞中被提取，并通过这些管道输送到感染细胞。
“这是一个双向的街道，”纳拉扬说。“病毒正在重新编程整个细胞以增强其生长。它收集线粒体，以获得生存和传播到周围未感染细胞的能量。”
团队还发现蛋白质NS1负责微小隧道的发展。虽然NS1是黄病毒的重要蛋白，并在病毒复制中起着重要作用，但它并未刺激其他病毒中纳米管的发展。研究人员确定了寨卡NS1在构建这些管道中涉及的特定区域。该研究的共同作者、麻省理工学院的博士生谢伊·托纳在宾州州立大学的本科学位荣誉论文中识别了该区域。他的研究对于揭开NS1在纳米管形成中的作用是关键的一部分，霍泽表示。
“2015年的寨卡疫情让我对病毒学产生了兴趣，”托纳说。“在宾州州立大学的霍泽实验室研究寨卡，并在我还是本科学生时能参与如此有影响力的项目，真是一个令人惊讶的机会。”
接下来，团队将努力识别NS1激活的特定信号通路，这一信号通路导致隧道的产生。通过这样做，他们希望找到潜在的抗病毒药物靶点。他们还将开始在小鼠模型中进行研究。
“这就像侦探故事。我们还不理解这些管道如何形成的机制，因此我们会继续提出更多问题，”霍泽说。
来自贝勒医学院的论文作者包括印度拉·米索雷卡，E.I. 瓦格纳主席，内科教授；拉斐尔·米基塔，博士后研究助理；朗·特兰，研究生；史蒂文·巴克，生物信息学分析师；以及迪帕克·库马，博士后助理。
这项工作的部分资助得到了美国国立卫生研究院（NIH）国家过敏和传染病研究所（R01AI176505）、NIH国家儿童健康和人类发展研究所（R01HD091218）和宾州州立大学的资助。
