本研究由来自瑞典卡罗林斯卡医学院传染病医学中心的Kimia T. Maleki、Linda Niemetz、Wanda Christ，瑞典于默奥大学临床微生物学系的Julia Wigren Byström、Therese Thunberg、Clas Ahlm，以及林雪平大学（现通讯作者单位）的Jonas Klingström*共同完成。该研究成果以题为《IL-6 trans-signaling mediates cytokine secretion and barrier dysfunction in hantavirus-infected cells and correlates to severity in HFRS》的论文形式，于2025年4月9日发表在开放获取期刊《PLOS Pathogens》上。
学术背景 本研究的科学领域是病毒学与免疫病理学，聚焦于汉坦病毒（Orthohantavirus）感染引起的疾病机制。汉坦病毒主要通过啮齿动物排泄物形成的气溶胶传播给人类，可引发两种严重的、常致命的疾病：以肾综合征为特征的出血热（Hemorrhagic Fever with Renal Syndrome, HFRS，主要在欧洲、亚洲流行）和汉坦病毒肺综合征（Hantavirus Pulmonary Syndrome, HPS，主要在美洲流行）。这两种疾病的共同特征是强烈的炎症反应和血管通透性异常增加导致的血管渗漏，尤其在肺部可导致危及生命的肺功能衰竭。然而，驱动这种血管渗漏和炎症风暴的确切分子机制尚不清楚，这阻碍了针对汉坦病毒感染特异性治疗方案的开发。
先前的研究已反复证实，HFRS和HPS患者体内白细胞介素-6（Interleukin-6， IL-6）的水平显著升高，且其升高程度与疾病严重程度和不良预后（包括死亡病例）密切相关。然而，IL-6如何具体参与疾病病理过程一直是个谜。IL-6的信号传导机制复杂且具有情境依赖性：它主要通过两种方式进行信号传递。一种是经典的信号传导（Classical signaling），即IL-6与细胞膜上的IL-6受体（membrane-bound IL-6R）和糖蛋白130（gp130）结合，这种信号通常介导保护性的免疫反应。另一种是跨信号传导（Trans-signaling），这是近年来被认识到的主要驱动IL-6介导病理反应的通路。在此通路中，IL-6与可溶性IL-6受体（soluble IL-6R, sIL-6R）在体液中结合形成复合物，该复合物可以与广泛表达于几乎所有细胞（包括内皮细胞）膜上的gp130结合，从而将IL-6的效应“转导”至那些本身不表达膜结合IL-6R的细胞。由于内皮细胞恰恰是汉坦病毒感染的主要靶细胞，并且它们不表达或仅表达极低水平的膜结合IL-6R，因此，它们理论上只能通过IL-6跨信号传导来响应IL-6的刺激。
基于此背景，本研究旨在探究IL-6跨信号传导是否在汉坦病毒发病机制中扮演关键角色。研究的具体目标包括：(1) 确定汉坦病毒感染过程中IL-6的主要细胞来源；(2) 在体外模型中研究IL-6跨信号传导对感染的内皮细胞功能（包括炎症因子分泌和屏障完整性）的影响；(3) 在HFRS患者中分析其循环系统中IL-6跨信号传导相关分子的水平，并探究这些水平与疾病严重程度指标的相关性。
详细研究流程 本研究流程清晰，包含体外实验和临床样本分析两大模块，相互印证。
第一，体外细胞模型的建立与处理。 研究人员使用人脐静脉内皮细胞（Human Umbilical Vein Endothelial Cells, HUVECs）作为主要体外模型，以模拟病毒感染的内皮环境。他们使用普马拉病毒（Puumala virus, PUUV，欧洲HFRS的主要病原体）以感染复数（MOI）为1感染HUVECs。同时，为了探究其他免疫细胞是否也贡献IL-6，他们还分离了人外周血单个核细胞（Peripheral Blood Mononuclear Cells, PBMCs）并暴露于PUUV（MOI=3）。感染后，在不同时间点（24、48、72小时）收集细胞培养上清液，用于后续分析。
第二，IL-6跨信号传导的体外功能研究。 这是核心实验环节。在HUVECs感染PUUV 48小时后，研究人员向培养基中添加不同浓度梯度的重组人sIL-6R蛋白，旨在模拟体内可能存在的sIL-6R环境，从而允许感染细胞自身分泌的IL-6通过跨信号通路作用于自身（自分泌效应）。设置未感染、未加sIL-6R的感染细胞、以及添加外源性IL-6（rIL-6）+ sIL-6R作为对照。处理24小时后，评估一系列指标：1) 通过酶联免疫吸附试验（ELISA）检测上清中IL-6和CCL2（一种重要的趋化因子）的分泌水平；2) 通过流式细胞术检测细胞表面黏附分子ICAM-1的表达水平；3) 通过免疫荧光共聚焦显微镜观察血管内皮钙黏蛋白（VE-cadherin）的分布和细胞连接形态，VE-cadherin是维持内皮屏障完整性的关键蛋白；4) 使用跨内皮电阻（Transendothelial Electrical Resistance, TEER）测定法量化内皮单层细胞的通透性变化，电阻值降低直接反映屏障功能受损。
第三，汉坦病毒肺综合征相关病毒模型的验证。 为了验证研究发现的普遍性，研究人员还用安第斯病毒（Andes virus, ANDV，南美洲HPS的主要病原体）感染HUVECs，并重复了添加sIL-6R后检测IL-6分泌的实验。
第四，临床样本的收集与分析。 研究的临床部分纳入了28名经确诊的PUUV感染HFRS患者和20名未感染对照者。采集了患者急性期（症状出现后中位数第5天）和恢复期（中位数第98天）的血浆样本。对所有血浆样本进行了多项ELISA检测：包括IL-6、sIL-6R、IL-6:sIL-6R复合物以及可溶性gp130（soluble gp130， sgp130）。sgp130是IL-6跨信号传导的天然抑制剂，它能与IL-6:sIL-6R复合物结合，阻止其与细胞膜上的gp130结合。因此，sIL-6R与sgp130的比率（sIL-6R/sgp130 ratio）被认为反映了系统性的IL-6跨信号传导潜力。
第五，数据统计与分析。 所有体外实验数据采用双因素方差分析（Two-way ANOVA）及相应的事后多重比较检验。临床数据中，同一患者急性期与恢复期的比较采用Wilcoxon符号秩检验，组间比较采用Kruskal-Wallis检验和Dunn多重比较检验。相关性分析采用Spearman秩相关系数。所有分析使用GraphPad Prism软件进行。
主要研究结果 本研究获得了系统且相互支持的多层次证据，揭示了IL-6跨信号传导在汉坦病毒致病中的核心作用。
体外结果部分： 1. 感染细胞是IL-6的重要来源：PUUV感染的HUVECs在感染48小时和72小时后，分泌的IL-6水平显著高于未感染细胞。PUUV暴露的PBMCs也分泌更多IL-6，但其浓度远低于HUVECs。这表明在汉坦病毒感染中，作为病毒主要靶细胞的内皮细胞可能是局部IL-6产生的主要贡献者。 2. IL-6跨信号传导驱动感染内皮细胞的炎症放大与活化：当向PUUV感染的HUVECs培养基中添加sIL-6R时，观察到了显著的剂量依赖性效应。感染细胞分泌的IL-6和CCL2水平被进一步强烈放大。同时，细胞表面ICAM-1的表达也因sIL-6R的添加而上调。有趣的是，在未感染的内皮细胞中，单独添加sIL-6R（无外源IL-6）不引起这些变化，但当同时提供外源IL-6时，则可重现类似效应。这证实了感染细胞自身分泌的IL-6，在存在sIL-6R的条件下，通过跨信号传导形成自分泌正反馈环，导致炎症因子风暴和内皮细胞活化。 3. IL-6跨信号传导破坏内皮屏障功能：这是本研究的关键发现之一。免疫荧光结果显示，PUUV感染本身已导致VE-cadherin出现一定程度的内化（从细胞连接处向细胞内转移）。而添加sIL-6R后，这种内化现象加剧，并且内皮细胞单层出现明显的间隙。功能性的TEER实验定量证实了这一点：PUUV感染本身会降低TEER值；而感染细胞在接受sIL-6R处理后，TEER值进一步发生剂量依赖性的显著下降，表明屏障通透性严重增加。同样，这一效应可被外源IL-6 + sIL-6R模拟，而单独添加IL-6则无效，明确了该过程依赖于IL-6跨信号传导。使用ANDV感染也得到了类似的结果，提示此机制可能是引起HFRS和HPS的多种汉坦病毒的共同特征。
临床样本分析结果： 1. HFRS患者体内IL-6跨信号传导系统失衡：与对照组相比，HFRS患者急性期血浆中，sIL-6R水平升高（相对于恢复期），而sgp130水平在急性期和恢复期均显著降低。这使得关键指标——sIL-6R/sgp130比率在急性期显著升高。这意味着患者血液中抑制跨信号传导的缓冲能力下降，而促进跨信号传导的潜力增加。 2. 跨信号传导潜力与疾病严重程度相关：相关性分析揭示了重要的临床关联。首先，急性期血浆sgp130水平与患者接受的医疗干预措施（如静脉输液、血小板输注、吸氧等）数量呈负相关，即sgp130水平越低的患者，需要的干预越多，病情越重。其次，sgp130水平与血清白蛋白水平呈正相关。血清白蛋白降低常被视为血管通透性增加的标志。这意味着低sgp130水平可能与更严重的血管渗漏相关。最后，直接比较发现，需要吸氧治疗的患者，其sIL-6R/sgp130比率显著高于无需吸氧的患者。这直接将系统性IL-6跨信号传导潜力的升高与更严重的肺部受累联系了起来。
结论与意义 本研究得出明确结论：IL-6跨信号传导是汉坦病毒感染发病机制中的一个关键环节。它通过以下机制连接了汉坦病毒病的两大核心特征——剧烈炎症和血管渗漏：病毒感染的血管内皮细胞产生大量IL-6；在局部或循环中sIL-6R存在且sgp130抑制能力相对不足的情况下，这些IL-6通过跨信号传导作用于同一或邻近的内皮细胞，形成一个强大的自分泌/旁分泌正反馈环路，导致炎症因子（如IL-6、CCL2）的爆发式分泌、内皮细胞的过度活化以及关键的细胞连接蛋白VE-cadherin功能受损，最终致使血管屏障完整性崩溃。
这项研究的科学价值在于首次系统地阐明了IL-6水平与汉坦病毒病严重程度相关性的具体分子和细胞机制，填补了该领域的重要知识空白。其应用价值尤为突出：它为开发针对严重汉坦病毒感染（特别是致命的HPS）的特异性疗法提供了直接且具有前景的靶点。研究在讨论部分指出，目前已有特异性抑制IL-6跨信号传导而不影响经典信号传导的药物（如Olamkicept，即sgp130Fc融合蛋白）进入临床试验阶段。相较于非特异性阻断所有IL-6信号通路的抗体（如托珠单抗），这种靶向跨信号传导的策略可能更安全，因为它保留了IL-6经典信号在抗感染和修复中的有益作用。因此，本研究为评估此类药物治疗重症汉坦病毒感染的可行性奠定了坚实的理论基础。
研究亮点 1. 机制创新性：首次将汉坦病毒感染的病理特征（炎症与渗漏）通过IL-6跨信号传导这一具体分子通路联系起来，提出了一个清晰、完整的致病机制模型。 2. 研究策略的互补性：研究设计精妙，结合了深入的体外机制探索（从细胞因子分泌到屏障功能的定量评估）和具有明确临床意义的相关性分析，使发现既有机制深度，又有临床关联强度，说服力强。 3. 靶向治疗的明确指向性：研究结论没有停留在基础机制层面，而是明确指向了现有的、处于临床开发阶段的特异性治疗策略，具有极高的转化医学潜力。 4. 发现具有普适性暗示：研究不仅使用了引起HFRS的PUUV，还初步验证了引起HPS的ANDV也存在类似现象，暗示该机制可能是汉坦病毒致病的共性之一，增加了其重要性。
其他有价值的内容 作者在讨论部分还提出了一个重要的观点：由于内皮细胞产生的IL-6可能在感染局部形成很高浓度，即使患者全身循环中的IL-6水平不高（如许多HFRS患者），但在高度血管化的器官（如肺）的微环境中，IL-6跨信号传导可能异常活跃。这解释了为何肺部内皮细胞广泛感染的HPS患者病情尤为严重。这一观点深化了对疾病局灶性与全身性病理变化差异的理解。