編者按：
? ? ? ?病毒感染是人類疾病的主要原因。雖然中樞神經系統（CNS）具有免疫豁免權，但其仍可以對病毒的入侵做出積極的反應。CNS抵御病原體入侵的第一道防線是中樞屏障系統的保護，病原體跨越血腦屏障或血腦脊液屏障需要特殊的方式。盡管大多數病毒在外周組織中復制，但目前許多病毒已經進化出入侵神經系統的策略（表1）。病毒通常是進入外周神經系統，并通過軸突纖維到達中樞神經系統。外周神經系統由連接中樞神經系統和周圍組織的神經纖維和神經節組成。由于這些外周神經在中樞神經系統的保護屏障之外，比較有機會被感染利用。
? ? ? ?除了進入周圍神經系統感染CNS之外，嗜神經病毒還有許多其他方法繞過屏障系統并直接進入中樞神經系統，但CNS中有許多方式來清除入侵中樞的病毒。腦實質的小膠質細胞是中樞神經系統的免疫細胞，通過大約幾個小時的高度動態檢測過程，可完成一次細胞外空間的掃描，檢測并清除掉大多數進入CNS的病毒。腦脊液由脈絡叢中的特殊上皮細胞合成，然后流經腦室和腦膜。脈絡叢、腦膜和血管周圍空間不是由小膠質細胞占據，而是由源自骨髓的巨噬細胞和樹突狀細胞占據。巨噬細胞和樹突狀細胞一旦掃描到病毒入侵，就會啟動強大的免疫反應清除入侵的病毒。
? ? ? ?但是隨著新的嗜神經病毒不斷出現，中樞系統由于缺乏對新病毒的免疫記憶，對這些新病毒免疫抑制作用相對較弱，造成病毒的迅速傳播并誘發嚴重的神經病理反應。因此，小編在這里給大家推薦McGavern DB和Kang SS發表在《Nature reviews Immunology》題為“Illuminating viral infections in the nervous system”的綜述文章，本綜述除了重點描述病毒進入和在神經系統內傳播的主要策略外，還關注在病毒持續復制和潛伏狀態期間的神經系統和免疫系統之間建立的對話方式。最后討論如何使用雙光子激光掃描顯微鏡（TPLSM）觀察中樞系統的先天免疫細胞在急性病毒感染后的免疫保護和損害機制。
表1. 人類嗜神經病毒及相關動物模型
dsDNA：雙鏈DNA；GPCMV：豚鼠巨細胞病毒；HCMV：人巨細胞病毒；HSV：單純皰疹病毒；LCMV：淋巴細胞脈絡叢腦膜炎病毒；JEV：日本腦炎病毒；MCMV：小鼠巨細胞病毒；PVR：脊髓灰質炎病毒受體；RCMV：大鼠巨細胞病毒；RT：逆轉錄；SHV：猿猴人類免疫缺陷病毒；SIV：猿猴免疫缺陷病毒；ssRNA：單鏈RNA；WNV：西尼羅病毒。
一、病毒入侵并在神經系統中的傳播
1.中樞神經系統的解剖學和屏障作用
? ? ? ?維持中樞神經系統內的穩態對于神經元和大腦功能至關重要。血腦和血腦脊液屏障有助于保護中樞神經系統免受循環系統成分的影響。大多數的腦血管都由緊密連接的內皮細胞組成，限制細胞和分子通過內皮間隙擴散到腦實質中。內皮細胞還通過產生由層粘連蛋白α4和層粘連蛋白α5組成的基底膜，為血管周圍空間提供物理屏障。沿著血管分布的平滑肌細胞調節血管張力，而周細胞（一種包圍全身毛細血管和靜脈中內皮細胞的細胞）可以在發育過程中維持和整合血腦屏障成分。在腦實質內，血管旁的小膠質細胞和血管周圍的巨噬細胞與血管內皮緊密并列，并有可能與浸潤的白細胞相互作用。星形膠質細胞還通過形成神經膠質界限和星形膠質細胞末端的致密網絡來維持血腦屏障系統。
圖1. 腦的解剖結構
2.病毒跨越血管內皮
? ? ? ?跨越血管內皮是病毒入侵中樞神經系統的方式之一，脊髓灰質炎病毒、愛潑斯坦-巴爾病毒（EBV）、小鼠腺病毒1（MAV-1）、人嗜T-淋巴病毒1型（HTLV1）和西尼羅河病毒（WNV）均可以直接感染人腦微血管內皮細胞系。病毒感染通常會促進趨化因子（CCL2和CCL5）的增加，改變緊密連接蛋白的表達來改變內皮細胞功能，增加血管細胞粘附分子1（VCAM1）的表達并降低跨內皮電阻。這些改變會增加血管通透性并允許病毒直接跨越中樞系統的第一層屏障作用。
? ? ? ?此外病毒也可以與內皮細胞表達的蛋白質結合入侵這些細胞。例如，形成緊密的內皮間屏障的連接蛋白連接粘附分子A（JAM-A）是呼腸孤病毒入侵的受體蛋白。而逆轉錄病毒HTLV1可以和多種受體結合，包括1型葡萄糖轉運蛋白（GLUT1）、硫酸肝素蛋白聚糖和神經纖維蛋白1，而這些受體在血管內皮細胞均有表達，表明HTLV1直接感染血腦屏障以入侵人類的中樞神經系統。
3.類似特洛伊木馬的入侵方式
? ? ? ?病毒入侵中樞神經系統的另一種方式是通過“特洛伊木馬”機制，簡單來說就是受病毒感染的白細胞，通過攜帶血液中的病原體穿過血腦屏障。慢病毒[SIV和HIV（人類免疫缺陷病毒）等]通常通過對單核細胞和巨噬細胞的感染，完成跨中樞神經系統血管屏障遷移。在SIV和HIV感染期間，CD16陽性的單核細胞群在外周迅速增殖，并透過血腦屏障分布到腦血管周圍空間和脈絡叢。
4.病毒入侵周圍神經系統
? ? ? ?病毒入侵中樞神經系統的另一種方式是通過侵染外圍的感覺和運動神經元進入中樞神經系統。感覺神經元或運動神經元上病毒受體的差異表達，會導致特定放入嗜神經病毒入侵不同外周神經元的神經末梢。脊髓灰質炎病毒、腺病毒和狂犬病病毒可以與神經肌肉接頭處的神經元結合。一般來說脊髓灰質炎病毒與神經元的脊髓灰質炎病毒受體（PVR，也稱為CD155）結合、腺病毒和柯薩奇病毒和腺病毒受體（CAR）結合、狂犬病病毒與乙酰膽堿受體和神經細胞粘附分子（NCAM）結合。此外，皰疹病毒，包括偽狂犬病病毒，結合nectin 1（也稱PVRL1）和nectin 2（PVRL2）感染感覺神經元。外周病毒入侵不僅僅局限于感覺和運動神經元，嗅覺神經也充當病毒入侵中樞系統的靶點。
5.病毒在中樞神經系統的傳播
? ? ? ?病毒到達中樞神經系統后，通過許多不同的機制來促進細胞間的傳播。首先病毒可以通過釋放到突觸間隙或通過與鄰近神經元的融合進行傳播。甲型皰疹病毒入侵神經元后通過順行運輸系統，從神經元胞體移動到軸突終末，通過胞吐從突觸前的終末釋放到突觸裂隙，感染鄰近的細胞神經元?？袢〔《救肭稚窠浽螅阅孑S漿運輸的方式在神經元以逆行的方式傳播。
圖2. 病毒在中樞神經系統的入侵和傳播
二、持續性和潛伏性病毒感染
? ? ? ?一旦病毒成功入侵神經系統，就會有以下三種情況的發生，包括急性復制、持續性感染和進入潛伏期。理想的情況下，中樞的免疫系統會快速清除入侵的病毒，而不導致正常細胞的功能損傷。但是一些病毒可以避開這一階段，進入持續性感染或潛伏期。持續性病毒感染是持續的病毒復制，而潛伏期是一種病毒休眠狀態。在潛伏期間，病毒通常會整合到宿主基因組中，并產生一些免疫系統可以檢測到的抗原性物質。如果免疫系統受到抑制，潛伏的病毒會重新激活，形成病毒粒子，并引發嚴重的中樞神經系統疾病。一般來說，在持續和潛伏期的病毒感染引起的免疫反應會對神經系統功能造成嚴重破壞。
1.HSV
? ? ? ?HSV-1會對感覺神經元進行入侵，感覺神經元是周圍神經系統的一部分，不在中樞神經系統血腦屏障的保護范圍內。HSV-1最初感染外周細胞，然后通過逆行軸突運輸進入神經元胞體。在到達細胞核后，HSV-1會進入潛伏狀態，神經元基因組中保持靜止狀態，直到重新激活。
? ? ? ?中樞系統對HSV的免疫防御的第一道防線，來自Toll樣受體（TLR）家族對病原體相關分子模式（PAMPs）的識別。TLR2或TLR9對神經膠質細胞的響應可導致I型干擾素（IFN）、白介素15（IL-15）、腫瘤壞死因子（TNF）和趨化因子CCL2的產生，招募巨噬細胞。TLR3在神經元和神經膠質細胞表達，通過增加I型干擾素反應增強神經元對HSV-1感染的抵抗力。
? ? ? ?除了HSV-1感染后發生的先天免疫反應外，還必須產生病毒特異性T細胞來維持HSV-1潛伏期。CD4+和CD8+T細胞分布在HSV-1潛伏感染的神經元附近，CD8+T細胞通過主要組織相容性復合體（MHC） I類依賴的相互作用防止HSV-1重新激活。HSV-1感染后，CD8+T細胞通過識別HSV-1免疫優勢表位-包膜糖蛋白B(gB498-505)的498-505殘基控制HSV-1病毒粒子的產生。此外CD8+T細胞釋放顆粒酶B有助于控制HSV-1的重新激活。
2.HIV和SIV
? ? ? ?病毒的持續性感染并不完全與中樞神經系統中的神經元相關。例如，HIV和SIV感染后，免疫抑制作用會導致血管周圍巨噬細胞和腦實質的小膠質細胞被病毒感染。在HIV-1感染過程中，循環系統中的病毒感染的CD14+和CD16+單核細胞以特洛伊木馬的方式進入中樞系統，導致中樞系統的巨噬細胞和小膠質細胞繼發性持續性的感染。類似的，在HIV或SIV感染后，CD4+或CD8+T細胞數量的減少加速了疾病的病理學過程。隨著疾病的發展，HIV在血管周圍巨噬細胞中廣泛傳播，并可感染多達三分之二的腦實質小膠質細胞。由此引發的先天免疫系統和獲得性免疫系統的慢性激活會改變中樞神經系統的內穩態。
三、中樞免疫系統的實時成像
? ? ? ?自1989年雙光子激光掃描顯微鏡（TPLSM）問世以來，TPLSM已被用于檢測中樞神經系統細胞功能和外周免疫細胞的駐留的動力學。這些研究有利于了解神經系統在健康和疾病狀態下的運作方式。因此使用TPLSM對病毒入侵的免疫細胞進行實時成像，有利于了解免疫系統在病毒入侵情況下的運作規律。
1.腦組織成像前的準備
? ? ? ?在用TPLSM對中樞神經系統進行成像時，需要考慮采用什么方式對腦組織進行成像。目前有三種活體腦組織進行成像方式：顱骨薄化、開顱手術和急性腦切片。
? ? ? ?在TPLSM進行活體成像的過程中，大多數神經科學研究都采用開顱手術。即移除頭骨上的一小塊圓形區域，用一張蓋玻片進行替代。然后使用直立的雙光子顯微鏡通過顱窗成像直接觀察腦膜和腦實質。相比之下，顱骨薄化只能建立一個半透明的觀察窗，但這兩種方法都限制了成像的深度。最大深度只能顱骨表面下200-400μm處進行成像，對于更深層次的大腦結構無法進行檢測。
? ? ? ?為了使用TPLSM對更深的大腦區域進行成像，可以制備急性腦切片進行成像，使用Vibratome95提取并切割腦組織，然后，將腦片放置在一個成像室中，在室溫下用氧飽和的人工腦脊液進行孵育，可用于研究健康和疾病狀態下大腦中的細胞動力學特點。
圖3. 中樞免疫系統的成像方式
2.小膠質細胞的作用
? ? ? ?在使用TPLSM研究正常大腦和損傷后中樞神經系統免疫細胞的動力學特點時，發現小膠質細胞的作用尤為特殊。在穩態條件下，小膠質細胞的動力學過程是高度動態的。這些細胞以特定的速度伸展和收縮，在幾個小時內對整個腦實質進行一次監測。小膠質細胞的高度移動使它們能夠清除細胞碎片和死亡細胞，并對中樞神經系統的病原體入侵做出快速反應。這種快速反應是由于小膠質細胞表達的嘌呤能受體（如P2Y12）能對損傷細胞釋放到細胞外的二磷酸腺苷（ADP）和三磷酸腺苷（ATP）做出響應。
3.病毒感染的可視化
? ? ? ?在神經系統，TPLSM的研究主要集中在自身免疫疾病、神經膠質損傷和寄生蟲感染期間的免疫反應，但也有一些研究對嗜神經性病毒感染的免疫反應進行了可視化檢測。
? ? ? ?最近使用TPLSM發現水泡性口炎病毒（VSV）駐留在引流淋巴結囊下竇的巨噬細胞。VSV是一種溶解細胞的負鏈RNA病毒，皮下接種VSV后，VSV定位于引流淋巴結囊下竇巨噬細胞。然而，如果這些巨噬細胞在接種前被耗竭，病毒就會進入淋巴結內的周圍神經，傳播到中樞神經系統，并在7-10天內導致致命的神經麻痹。該項研究表明，包膜下竇巨噬細胞通過分泌I型IFN和募集漿細胞樣樹突狀細胞（pDC）到被膜下竇，來阻止VSV通過周圍神經進入CNS。因此，先天免疫細胞可以通過保護周圍神經，進而保護中樞神經系統免受嗜神經病毒感染。
圖4. 病毒性腦膜炎感染的實時成像
四、展望
? ? ? ?在對病毒感染神經系統問題的研究上，我們正步入一個嶄新的時代。通過新的研究工具，我們可以實時觀察嗜神經性病毒如何感染神經元和如何誘導免疫反應。研究發現病毒通常通過外周進入神經系統入侵中樞系統，而在引流的淋巴結內，固有免疫細胞的存在可阻止嗜神經病毒進入周圍神經系統，可避免致命的中樞神經系統疾病。然而，關于固有免疫細胞的動態免疫過程，和固有免疫細胞是否也能阻止病毒進入非淋巴組織的周圍神經，仍需要更多的研究。
? ? ? ?一旦病毒進入中樞神經系統，就必須考慮其發病機制，而實時成像在這方面大有用途。TPLSM可以在腦實質微環境中對不同病毒入侵響應的固有免疫細胞進行精細化研究。
? ? ? ?病毒在神經系統的持續性感染和潛伏性是TPLSM尚未探索的另一個前沿領域。持續的病毒感染可以破壞中樞神經系統的動態平衡并導致神經功能障礙，但目前人們對導致這種功能障礙的具體機制知之甚少。病毒一旦在神經系統中進入潛伏期，就會在病毒感染和適應性免疫中建立相對良性的平衡關系。而對病毒潛伏期的動態過程和確切機制的探索，有利于獲得維持病毒潛伏所需的免疫參數，可有效開發針對病毒潛伏期的治療性疫苗。對病毒感染的持續期和潛伏期的的進一步細化，對于在不破壞體內免疫平衡的情況下，通過對病毒反應的特異性抑制來治療病毒感染有著至關重要的作用。
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