基孔肯雅病毒（CHIKV）是一种蚊媒甲病毒，可引起急性、亚急性和慢性人类关节源性疾病，在极少数情况下可导致神经系统并发症和死亡。迄今为止，部分研究已经阐明了CHIKV与宿主相互作用以及CHIK的发病机制和病理生理。然而大多数致命病例仅在病例报告或系统综述中进行了简要描述，与致命结果相关的特征和机制仍然知之甚少。
2024年4月10日巴西、美国和英国的研究团队在Cell Host & Microbe（IF=20.6）期刊上发表题为“Pathophysiology of chikungunya virus infection associated with fatal outcomes” 的研究型文章。本文结合流行病学、病毒学、组织病理学、细胞因子、分子动力学、代谢组学、蛋白质组学和基因组分析，来研究CHIK致命相关的病毒和宿主因素。
技术路线图
巴西CHIK死亡的时空动态
2015年1月至2023年6月巴西报告的疑似致命的CHIK病例共909例。在巴西每年的流行期间，疑似CHIK病例总数与每年疑似CHIK死亡人数呈正相关。巴西全国累计病死率为每1000例中0.8例死亡，巴西各州病死率为每1000例中0至2.2例死亡。
图1. 巴西CHIK死亡的流行病学
CHIK死亡与多器官感染、中枢神经系统损伤和血流动力学障碍有关
收集了32名CHIK死亡者的血清、脑脊液和组织样本，39名CHIK幸存者的血清样本以及15名健康者的血清样本进行分析。通过RT-qPCR测定发现CHIK死亡脑脊液和组织样本（脾脏、肺、肝脏、心脏、肾脏和大脑）中都检测到了CHIKV RNA载量。组织病理学结果表明，CHIK死亡者脑部广泛损伤（例如缺氧性去极化、血管周围单核浸润、坏死和出血）和脑、肺、脾和肾的血流动力学异常（例如血管充血和水肿）。
图2. 研究设计、病毒载量和组织病理学分析
细胞因子和代谢组谱提示CHIK死亡者促炎反应和血流动力学休克加剧
通过细胞因子定量发现，与CHIK幸存者和健康者相比，CHIK死亡者血清的促炎细胞因子和趋化因子（包括IL-6、IL-8、IFN-α、TNF-ɑ、GM-CSF、CCL-2）水平显著更高。血清代谢组结果表明，CHIK幸存者和死亡者差异表达的代谢物大多与膜形成、细胞内信号传导以及血流动力学和稳态过程有关。其中，与CHIK幸存者组相比，CHIK死亡中的几种脂肪酸（肉碱）、甘油脂（TG）和N-酰基酰胺水平更高。
图3. CHIKV患者的细胞因子反应和代谢组学特征
蛋白质组学分析提示CHIK死亡的止血和免疫系统通路失调
液相色谱-质谱联用蛋白质组学分析发现，与健康组相比，CHIK患者在死亡和幸存结局方面具有显著不同的蛋白质组学特征。与CHIK幸存者相比，共有36种蛋白在CHIK死亡者中发生了改变，这些蛋白参与止血途径（血小板脱颗粒、补体和凝血级联、凝血级联）和免疫途径（中性粒细胞脱颗粒、氨基酸生物合成、糖酵解/糖异生、翻译后蛋白磷酸化）。
图4. 具有不同疾病结局的CHIK患者的蛋白质组学特征
CHIK病例由中东部-南非谱系引起，E2包膜糖蛋白的单个突变可能会增加病毒粒子与MXRA8受体的结合
通过基因组测序和系统发育分析发现，导致CHIK死亡和幸存基孔肯雅病毒是中东部-南非谱系（ECSA），并且在CHIK死亡患者组织和生物体液中鉴定到多达3个与组织嗜性相关的潜在单核苷酸多态性（SNP）。对CHIKV与关节炎源性甲病毒受体MXRA8进行分子动力学模拟，E2包膜糖蛋白（E2-H242）的单个突变可能会增加病毒粒子与MXRA8受体的结合。
图5. 巴西CHIKV-ECSA的系统发育、宿主内多样性和分子动力学
CHIKV穿过血脑屏障进入脑实质
在体外血脑屏障（BBB）模型中，CHIKV感染的白细胞或单独的CHIKV可以以依赖于趋化因子CCL-2 和粘附分子PECAM-1的方式穿过BBB，这提供了对CHIKV进入CNS的机制的见解，并可能导致神经系统并发症。
图6. 人类血脑屏障模型中基孔肯雅病毒感染期间的白细胞跨内皮迁移
CHIKV破坏了BBB的完整性
在未感染（模拟）和CHIKV感染条件下对原代人脑微血管内皮细胞（BMVEC）进行了免疫荧光分析，发现少部分BMVECs易受CHIKV感染，并且CHIKV感染破坏了细胞连接蛋白PECAM-1和ZO-1。
图7. 基孔肯雅病毒感染期间原发性人脑微血管单层的破坏
小结
本研究结果表明，与幸存者相比，CHIK致命与多器官感染、中枢神经系统损伤以及血清促炎细胞因子和趋化因子水平升高有关。CHIK致命的组织病理学、代谢物和蛋白质组学特征揭示了血液动力学紊乱和免疫反应失调。CHIKV感染损害血脑屏障的完整性，其渗透性增加和紧密连接蛋白表达改变证明了这一点。本研究提高了对CHIK病理生理和致死性感染原因的理解。
参考文献
de Souza WM, et al. Pathophysiology of chikungunya virus infection associated with fatal outcomes. Cell Host & Microbe. 2024.
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