病毒入侵中枢神经系统一直是神经科学领域的重大挑战，特别是单纯疱疹病毒1型(HSV-1)感染不仅可能引发致命性脑炎，还与阿尔茨海默病等神经退行性疾病存在潜在关联。尽管已知免疫系统在控制病毒感染中起关键作用，但大脑这个"免疫特权器官"如何平衡抗病毒防御与神经保护仍是个未解之谜。更棘手的是，临床观察发现许多患者在病毒清除后仍长期遭受认知障碍等后遗症，暗示免疫反应本身可能造成持久的神经损伤。这些悬而未决的问题，促使科学家们迫切需要在单细胞水平解析HSV-1感染过程中的免疫细胞动态与神经病理机制。
来自丹麦奥胡斯大学的研究团队在《Journal of Neuroinflammation》发表了一项开创性研究。他们通过角膜接种建立HSV-1小鼠感染模型，运用单细胞RNA测序(scRNA-seq)结合GeoMx空间转录组技术，系统分析了感染后4、6、8天脑干组织的细胞组成和转录组变化。研究不仅发现了独特的病毒激活微胶质细胞亚群(VAM)，还揭示了单核细胞通过复杂细胞互作网络破坏血脑屏障和髓鞘形成的分子机制，为理解病毒性脑炎的发病机制提供了全新视角。
研究采用角膜接种HSV-1 McKrae株建立小鼠感染模型，通过病毒空斑试验监测脑干病毒载量。运用10x Genomics Chromium单细胞3'文库构建技术和DNBSEQ-G400测序平台获得143,915个细胞的转录组数据，同时采用GeoMx DSP技术进行空间转录组分析。通过免疫荧光染色定量Iba1+细胞形态变化，结合Evans blue渗透实验评估血脑屏障完整性。数据分析采用Seurat、CellChat、SCENIC等生物信息学工具，并整合多种脑疾病数据集进行跨研究比较。
"HSV-1 CNS感染导致免疫细胞浸润和脑细胞组成紊乱"部分显示，感染后脑干中微胶质细胞比例早期增加，随后单核细胞浸润，最终T细胞聚集。空间转录组揭示CD45+区域基因表达变化最显著，而单细胞数据证实内皮细胞和周细胞等血脑屏障组成细胞显著减少。Evans blue实验直观显示感染后血脑屏障通透性增加，这些发现共同勾勒出HSV-1感染引发神经血管单位破坏的病理图谱。
"转录谱改变"部分详细阐述了各细胞类型的差异表达基因(DEGs)。微胶质细胞表现出最显著的转录重编程，上调基因富集于干扰素(IFN)应答和抗原呈递通路。值得注意的是，单核细胞虽仅少量携带病毒RNA，却持续高表达促炎因子如TNFα和IL-1β，暗示其炎症激活不完全依赖病毒直接刺激。这种"旁观者激活"现象可能是导致病毒感染清除后炎症持续的重要原因。
"微胶质细胞亚群分析"是研究的亮点之一。通过Iba1免疫染色发现感染核心区微胶质细胞从分枝状( surveillant type A)向阿米巴样(ameboid type D)转化。单细胞聚类识别出21个亚群，其中#14亚群因高表达ISGs(干扰素刺激基因)和趋化因子被定义为病毒激活微胶质细胞(VAM)。该亚群特异性富集于病毒感染(如日本脑炎病毒)，在创伤性脑损伤中仅少量存在，提示其可作为病毒性脑炎的特异性标志物。
"单核细胞异质性"分析揭示了20个功能各异的亚群。早期#4亚群高表达ISGs和TNFα，而#13亚群专一性分泌IL-6。#7亚群虽几乎不含病毒RNA，却是IL-1β的主要来源，显示炎症激活的复杂性。轨迹分析显示单核细胞从抗病毒状态向组织稳态转变，调控网络分析发现IRF7和STAT2主导早期抗病毒反应，而Jun-Fos家族调控后期炎症应答。这种动态变化说明单核细胞在感染不同阶段扮演不同角色。
"免疫细胞互作网络"部分通过CellChat分析发现，正常脑中边界相关巨噬细胞(BAM)与微胶质细胞的交流，在感染后被单核细胞-T细胞互作取代。特别值得注意的是，微胶质细胞#14亚群通过CXCL10等趋化因子招募外周免疫细胞，而单核细胞#7亚群通过IFN-γ激活T细胞，形成正反馈环路放大免疫反应。TNF信号通路在网络中占据中心地位，其活化和微胶质细胞#14亚群高度相关。
"血脑屏障破坏机制"研究显示，内皮细胞出现24个转录异质性亚群。#22亚群高表达细胞死亡相关基因且紧密连接蛋白减少，空间定位显示其富集于感染区域。NicheNet分析推断TNFα和IFN-γ是破坏血脑屏障的主要效应分子，这些因子主要来源于微胶质细胞#14和单核细胞#7/13亚群。这种细胞特异性互作图谱为靶向干预提供了精确坐标。
"少突胶质细胞功能障碍"部分发现髓鞘相关基因(如Mbp、Mog)显著下调。少突胶质细胞形成20个亚群，其中#13亚群高携带病毒RNA并呈现疾病相关表型。轨迹分析显示从#18到#13的转变伴随促凋亡因子上调，而TWEAK/TNFSF12通路激活是关键特征。跨疾病比较发现该通路在病毒性脑炎中特异性激活，提示其在神经损伤中的特殊地位。
研究最后通过整合分析日本脑炎病毒(JEV)、创伤性脑损伤(TBI)等7个公共数据集，验证了VAM的特异性及其在神经炎症中的核心作用。这种跨研究比较不仅增强了发现的普适性，也为不同脑疾病的分子分型提供了新思路。
这项研究通过高分辨率单细胞技术，首次系统描绘了HSV-1脑感染的免疫细胞图谱和分子网络。其核心发现是鉴定出病毒特异性激活的微胶质细胞亚群VAM，该亚群如同免疫交响乐的指挥，通过IFN和趋化因子协调抗病毒防御，但也可能因过度活跃导致神经损伤。而单核细胞则像多面手演员，在不同感染阶段转换角色，从早期抗病毒战士变为后期炎症推手。更值得注意的是，研究揭示免疫细胞通过TWEAK/TNFSF12等通路干扰神经血管单位和髓鞘形成，这为理解感染后神经后遗症提供了机制解释。
从转化医学角度看，这些发现具有双重意义：一方面VAM的特异性为病毒性脑炎的诊断提供潜在标志物；另一方面，针对不同免疫亚群的时空调控可能实现抗病毒与神经保护的双赢。特别是发现炎症持续至病毒清除后，提示临床可能需要延长抗炎治疗窗口期。研究建立的跨疾病比较框架，也为探索病毒感染与神经退行性疾病的关联开辟了新途径。
