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有史以来深入分析HIV感染者体内的潜伏病毒库

2020-10-10 07:00:18生物谷
核心提示:潜伏病毒库(latent reservoir)是HIV病毒抵抗治疗的最后堡垒。但它很难被摧毁,这是因为它是看不见的:潜伏病毒库中的细胞携带着休眠的HIV,因此它们的表面没有任何病毒蛋白,这就不会泄露它们的身份。

  潜伏病毒库(latent reservoir)是HIV病毒抵抗治疗的最后堡垒。但它很难被摧毁,这是因为它是看不见的:潜伏病毒库中的细胞携带着休眠的HIV,因此它们的表面没有任何病毒蛋白,这就不会泄露它们的身份。

  因此,科学家们一直在努力了解HIV感染者体内的潜伏病毒库是什么样子的。如果没有这方面的知识,他们几乎没有希望利用能够消除或减少潜伏病毒库的疗法来靶向这种潜伏病毒库,这样人们就永远摆脱HIV感染。

  为了找到潜伏病毒库细胞,科学家们必须通过激活从感染者身上收集的细胞来重新唤醒这种病毒。一旦被唤醒,这种病毒就会在宿主细胞的表面上产生起着标志物作用的蛋白,这就给人们提供了寻找和研究这些细胞的把柄。然而,重新激活这种病毒的过程本身就会导致细胞生物学的变化,而这些变化会掩盖它们原本的身份。所以,构成潜伏病毒库的细胞--也被称为潜伏感染细胞--的真实身份一直难以捉摸。

  为了克服这个问题,在一项新的研究中,美国格拉斯通研究所研究员Nadia Roan博士利用她之前开发的一种方法,将重新激活的潜伏病毒库细胞回溯到它们最初的潜伏状态。通过这种方法,Roan和她的团队绘制出了8名HIV感染者的潜伏病毒库细胞图谱。相关研究结果于2020年9月29日发表在eLife期刊上,论文标题为“Phenotypic analysis of the unstimulated in vivo HIV CD4 T cell reservoir”。

  Roan说,“我们的研究结果挑战了之前对潜伏病毒库构成作出的一些假设。此外,我们详细的潜伏病毒库细胞图谱将使得我们更容易在感染者中找到这些细胞,这将从根本上改变对潜伏病毒库的研究方式。”

  疯狂的方法

  以前的研究已表明,潜伏病毒库主要由记忆T细胞组成,这些记忆T细胞是免疫系统中保留过去感染记忆的一个细胞亚群。这些细胞可以在体内长期处于静止状态,等待以前遇到的病毒的再次感染来唤醒它们。这使得它们成为HIV的完美藏身之地。

  但是记忆T细胞有很多类型,科学家们普遍认为,潜伏病毒库是由记忆T细胞的随机分配形成的,而非一个特定的细胞亚群。Roan说,“如果是这样,将靶向潜伏感染细胞作为一种治愈策略将会变得更加困难。”

  以前对潜伏病毒库的大多数研究都只依赖于对细胞表面上少数蛋白的检查。然而,采用Roan开发的这种方法,她的团队可以同时跟踪近40种蛋白,这大大增加了他们区分甚至是密切相关的细胞的能力。这些研究人员还可以比较重新激活前后的细胞群体,从而将每个重新激活的细胞与激活前最相似的细胞进行匹配,就像回到过去一样。

  Roan说,“这有点像在细胞上实现面部识别技术。你可以把它想象成拥有一张50多岁的人的照片,并试图在他们的高中毕业纪念册中识别他们。虽然每个人的长相会随着年龄的增长而改变,但你通常仍可以通过寻找他们的特征组合来识别他们。同样,潜伏感染细胞在被重新激活时也会发生变化,但它们仍然保留了一些原有的身份,我们可以通过同时追踪40种蛋白来捕捉。”

  Roan团队对从8个接受抗逆转录病毒治疗的人身上收集的数百万个细胞进行了这种分析。这些细胞来自供者的血液和肠道,后者被认为是接受这种治疗的个体中HIV持续存在的主要部位。他们还从一名供者的淋巴结中获得了细胞。

  论文共同第一作者、Roan实验室高级研究助理Jason Neidleman说,“潜伏病毒库细胞驻留在血液中,但也会驻留在身体的各种组织中。我们想知道血液中的潜伏病毒库细胞与其他部位的细胞相比有何区别。”

  Roan团队首先根据这些称为CD4+ T细胞(HIV可以感染的T细胞类型)的细胞所含的40种蛋白的分类,建立了每名受感染的供者体内的细胞图谱。然后,他们将来自每个感染者的每个重新激活的细胞与激活前相应的细胞图谱进行映射,从这种细胞图谱中找到最相似的细胞。这个最相似的细胞被认为代表了潜伏感染细胞从潜伏状态中重新激活之前的原始状态。

  论文共同第一作者、格拉斯通研究所研究员Xiaoyu Luo博士说,“有些出乎我们的意料之外的是,我们发现血液潜伏病毒库并不是随机分布在记忆T细胞中的。相反,血液样本中的潜伏病毒库细胞映射到激活前的细胞图谱中的几个不同区域。更重要的是,来自不同供者的潜伏病毒库细胞相互映射在附近,这表明它们具有共同的特征。”

  当比较血液、淋巴结和肠道样本时,Roan团队还发现了血液潜伏感染细胞和组织潜伏感染细胞之间的重要差异,但也发现了一些相同的标志物,特别是肠道细胞和淋巴结细胞之间。

  Roan说,“不同人和组织类型之间存在的共同特征让我们看到了希望:有朝一日我们可以设计出同时靶向大部分潜伏病毒库细胞并对许多感染者有效的疗法。”

  对潜伏病毒库的更深入了解

  就目前而言,Roan团队热衷于利用他们的发现来了解更多关于潜伏病毒库的信息。Roan说,“其中一个困扰这一领域的问题是,大多数潜伏病毒库细胞都携带着HIV基因组的缺陷版本。这些细胞并不构成最具有临床意义的HIV病毒库,因为即使在它们被重新激活后,它们也不会产生传染性病毒。”

  这种情况使得人们很难聚焦于真正重要的潜伏病毒库细胞--那些具有能够复制和感染的病毒基因组的细胞---它们可能只占潜伏病毒库细胞群体的1%。

  然而,Roan和她的团队发现,当他们使用他们确定的共同标志物从供者样本中提取细胞时,他们可以获得超过50%的潜伏病毒库细胞含有完整的病毒基因组的细胞群体。

  Roan说,“这些结果表明,完整的和有缺陷的HIV病毒被保存在不同的细胞亚群中。而且如今我们可以更容易地识别能够产生传染性病毒的潜伏病毒库细胞,我们可以开始阐明这些细胞是如何在受感染的个体中长期存在的。”

  传染性的潜伏病毒库细胞存在的另一个问题是,它们一开始就非常罕见---也许只有百万分之一的CD4 T细胞---这使得获得足够的具有复制能力的潜伏病毒库细胞来进行实验变得更加困难。Roan团队发现的这些标志物物可以缓解这一问题,它允许人们将供者样本中的传染性潜伏病毒库细胞的比例提高100倍甚至更多。

  Roan说,“通过将我们获得传染性潜伏病毒库细胞的机会增加这么多,我们有可能开展各种以前不可能开展的实验,这可能会大大完善我们对潜伏病毒库细胞的理解。特别是,这可能允许发现未预料到的--甚至可能是独特的---潜伏病毒库细胞标志物,这可能会加快设计新的治疗方法来根除HIV。”(生物谷 Bioon.com)

  参考资料:

  1.Jason Neidleman et al. Phenotypic analysis of the unstimulated in vivo HIV CD4 T cell reservoir. eLife, 2020, doi:10.7554/eLife.60933.

  2.A first in-depth look at the latent virus reservoir of individuals living with HIV

  https://medicalxpress.com/news/2020-09-in-depth-latent-virus-reservoir-individuals.html

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