hiv-1感染早期生物學(xué)特征及免疫學(xué)應(yīng)答研究進(jìn)展

hiv-1感染早期生物學(xué)特征及免疫學(xué)應(yīng)答研究進(jìn)展

感染初期的生物學(xué)特征和免疫反應(yīng)可作為決定病史的重要因素。目前所有研究HIV-1疫苗的試驗(yàn)幾乎均宣告失敗,這使研究者一致認(rèn)為,將來的疫苗研制不應(yīng)過度地依賴于經(jīng)驗(yàn),而應(yīng)將其建立在深刻理解HIV-1和猴免疫缺陷病毒(Simianimmunodeficiencyvirus,SIV)感染最早期生物學(xué)特征及免疫應(yīng)答的基礎(chǔ)上。本文將對新近關(guān)于HIV-1感染早期生物學(xué)特征方面的研究進(jìn)行綜述。1患者感染hiv-1后的相關(guān)指標(biāo)檢測結(jié)果近年來對HIV-1感染早期患者的血樣進(jìn)行分析得出,通過檢測HIV-1抗原和HIV-1特異性抗體可將感染后的前幾周劃分為幾個(gè)臨床階段。從病毒感染至血漿中到首次檢出病毒RNA之間的時(shí)期被稱為隱蔽期(Eclipsephase)。此后,血漿病毒水平呈指數(shù)上升,在感染后21-28天達(dá)到高峰。隨后,血漿病毒RNA開始緩慢下降。連續(xù)檢測HIV-1感染患者不同時(shí)間點(diǎn)的相關(guān)指標(biāo),根據(jù)所得結(jié)果可將患者歸入FiebigstagesI-VI期[病毒RNA通過聚合酶鏈反應(yīng)(PCR)檢測,p24和p31病毒抗原通過酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)(Enzymelinkedimmunosorbentassay,ELISA)測定,HIV-1特異性抗體通過ELISA和蛋白印跡試驗(yàn)(Westernblotting,WB)檢測]。大約在感染后100天,患者從慢性感染早期階段的急性感染期進(jìn)展至FiebigstagesVI期,此時(shí)血漿病毒載量達(dá)到平臺(tái)期。感染HIV-1后,病毒的復(fù)制首先局限在黏膜,再轉(zhuǎn)移到引流淋巴結(jié)并在此進(jìn)一步擴(kuò)增。從感染起始階段至病毒開始全身性擴(kuò)散的時(shí)期為隱蔽期。血液中首次檢測到病毒的時(shí)間稱為T0;此后,在感染后21-28天出現(xiàn)血漿病毒血癥指數(shù)上升至高峰的時(shí)期。此時(shí),黏膜CD4+T細(xì)胞顯著衰竭。當(dāng)病毒血癥達(dá)高峰時(shí),患者可能出現(xiàn)臨床癥狀,一些細(xì)胞成為潛伏病毒的宿主,這些細(xì)胞衰竭的速度比CD4+T細(xì)胞慢。在大量CD4+T細(xì)胞被破壞和病毒宿主建立前,病毒傳播和病毒血癥高峰之間的“機(jī)會(huì)性窗口”很窄,但卻是HIV-1疫苗控制病毒復(fù)制、預(yù)防CD4+T細(xì)胞廣泛衰竭及抑制全身免疫激活的關(guān)鍵時(shí)期。2急性hiv感染的生物學(xué)特征2.1hiv-1在陰道黏膜下的擴(kuò)散作用大多數(shù)HIV-1感染通過性接觸傳播,經(jīng)生殖道或直腸黏膜發(fā)生。在一些研究中利用HIV-1感染移植到體外的黏膜組織,使得對急性感染獲得了一定了解。將SIV接種至獼猴直腸及陰道內(nèi)的研究進(jìn)一步說明了體內(nèi)最初感染階段的一些特點(diǎn)。尚不確定HIV-1進(jìn)行傳播的形式是游離病毒還是結(jié)合細(xì)胞的病毒,但是已證實(shí)SIV通過以上兩種方式均可傳播。另外,HIV-1通過生殖道黏膜上皮的機(jī)制仍不清楚。宮頸陰道黏液可減緩HIV-1穿過陰道黏膜時(shí)的擴(kuò)散速度。到達(dá)黏膜上皮的病毒可能通過跨細(xì)胞作用或與上皮內(nèi)樹突狀細(xì)胞(DCs)的樹突直接結(jié)合而通過該屏障。初步的未發(fā)表結(jié)果提示,病毒體也可能通過上皮間的細(xì)胞間隙來移動(dòng),從而使初始細(xì)胞與潛在的黏膜朗格漢斯細(xì)胞及CD4+T細(xì)胞接觸。盡管生殖道黏膜被機(jī)械性損傷或并發(fā)生殖道感染時(shí)病毒發(fā)生傳播的可能性較大,但是病毒通過上皮細(xì)胞屏障的可能性仍較小。因此,多次、危險(xiǎn)的性生活通常是感染發(fā)生的必要條件。2.2siv感染的發(fā)生機(jī)制在病毒傳播至體內(nèi)后有大約10天的增殖隱蔽期,此時(shí)在血漿中檢測不到病毒RNA。將首次檢測到的病毒進(jìn)行單基因組擴(kuò)增及測序,結(jié)果顯示0～80%黏膜傳播的B和C亞型HIV-1感染起源于單個(gè)病毒。感染的初始病毒(Foundervirus)產(chǎn)生具有感染性的分子克隆,其感染CD4+T細(xì)胞的能力比感染單核細(xì)胞及巨噬細(xì)胞的能力更強(qiáng)。這與病毒準(zhǔn)種不同:準(zhǔn)種出現(xiàn)于感染后期,感染淋巴細(xì)胞和骨髓細(xì)胞的能力相同。在獼猴直腸內(nèi)接種SIV準(zhǔn)種復(fù)合物的研究也說明有效感染起源于單個(gè)感染病毒,提示獼猴SIV感染可作為研究HIV-1傳播和疫苗研制的模型。在其他試驗(yàn)性感染獼猴的研究中[6,7,8,9,10,11,12,13,14],發(fā)現(xiàn)受感染的首個(gè)細(xì)胞是定居在陰道黏膜中的記憶性T細(xì)胞,它表達(dá)病毒受體CD4和CC-趨化因子受體5(CCR5),這與HIV-1初始病毒克隆的細(xì)胞噬性一致。初始病毒的同源性表明,感染可能來源于受感染黏膜CD4+T細(xì)胞的單個(gè)感染灶。早期的固有免疫應(yīng)答將其他的易感T細(xì)胞募集至感染灶,可能有助于病毒在此處的復(fù)制。大多數(shù)感染灶不能建立的原因可能有:在反轉(zhuǎn)錄的高度錯(cuò)誤概率和宿主抗病毒載脂蛋白BmRNA編輯的酶作用下,HIV-1復(fù)制時(shí)可催化多肽樣胞嘧啶核苷脫氨酶(APO-BEC)APOBEC3G和APOBEC3F,導(dǎo)致CD4+T細(xì)胞中產(chǎn)生的許多病毒出現(xiàn)缺陷。2.3社會(huì)經(jīng)口感染的細(xì)胞CD4+CCR5+T細(xì)胞是HIV進(jìn)一步感染的靶細(xì)胞,在隱蔽期結(jié)束時(shí),病毒和/或病毒感染的細(xì)胞到達(dá)引流淋巴結(jié),在此遇到激活的CD4+CCR5+T細(xì)胞。這個(gè)過程被DCs增強(qiáng),它們通過與DC特異的DC-SIGn結(jié)合而將病毒內(nèi)化,并運(yùn)至激活的T細(xì)胞。B細(xì)胞可通過補(bǔ)體受體CD21(CR2)結(jié)合病毒,這也與感染的早期擴(kuò)散有關(guān)。此后,病毒快速復(fù)制并蔓延至全身的淋巴組織,特別是腸相關(guān)淋巴組織(GALT),在此有大量的CD4+CCR5+記憶性T細(xì)胞。GALT中大約20%CD4+T細(xì)胞在HIV-1急性感染的人類和SIV-1急性感染的獼猴都可被感染。感染灶中多達(dá)60%的未感染CD4+T細(xì)胞能被激活并凋亡,導(dǎo)致凋亡微粒釋放,從而抑制免疫功能。因此,GALT中80%CD4+T細(xì)胞在HIV-1感染的前3周衰竭。當(dāng)HIV-1在GALT和其他淋巴組織中復(fù)制時(shí),血漿病毒血癥呈指數(shù)上升并達(dá)到峰值,血中RNA常大于1000000拷貝/ml,這發(fā)生在獼猴感染SIV后的14-21天和人類感染HIV-1后的21-28天。CD4+T細(xì)胞的數(shù)量在病毒血癥達(dá)峰時(shí)很低,但隨后在血中能恢復(fù)到接近正常的水平,而在GALT中不能恢復(fù)。雖然B細(xì)胞在HIV-1感染早期不衰竭,但由于其他對于生發(fā)中心具有重要作用的細(xì)胞類型被破壞,其應(yīng)答也將受到影響。腸中高達(dá)50%的生發(fā)中心在感染后80天內(nèi)消失。2.4病毒已選中的配置2.4.1hiv感染的原理及實(shí)踐在病毒血癥達(dá)到高峰時(shí),盡管固有免疫細(xì)胞被廣泛激活,但免疫應(yīng)答不會(huì)影響病毒的氨基酸序列。此后,病毒載量在HIV-1感染的12～20周以后下降至病毒調(diào)定點(diǎn)(Viralsetpoint),它指的是血漿中病毒血癥下降到一個(gè)穩(wěn)定水平的時(shí)間(大約在HIV感染起始后的3-6個(gè)月內(nèi)),可部分預(yù)測HIV感染的進(jìn)展及HIV傳播的風(fēng)險(xiǎn)。病毒的多樣化發(fā)生在病毒載量的下降過程當(dāng)中,在獲得性免疫應(yīng)答的壓力下選擇出多種逃逸突變,該應(yīng)答在病毒血癥高峰之前可被檢測到。在未進(jìn)行抗病毒藥物治療(ART)時(shí),調(diào)定點(diǎn)被病毒更新和免疫應(yīng)答之間的平衡所維持。在ART開始后,感染細(xì)胞的死亡速度可用病毒血癥的衰減曲線來計(jì)算,大多數(shù)被感染的記憶性T細(xì)胞半衰期<1天。而其他細(xì)胞群的衰減速度較慢,并且除CD4+T細(xì)胞以外的細(xì)胞群可成為HIV-1的潛伏池。細(xì)胞可能在HIV-1傳播后的幾天內(nèi)被潛在性感染,且不能通過固有免疫應(yīng)答或疫苗刺激的抗HIV-1免疫應(yīng)答所清除,即使進(jìn)行ART也是如此。2.4.2hla-c或bw4基序在gag蛋白區(qū)域的表達(dá)HIV-1對人類來說是一個(gè)新型病原體。因此,宿主遺傳學(xué)對于HIV-1感染免疫應(yīng)答的影響可能更為明顯。在這方面,最顯著的發(fā)現(xiàn)是CCR5中缺失32個(gè)堿基對的同合子在大多數(shù)情況下能完全預(yù)防HIV-1感染。另外,人白細(xì)胞抗原(Humanleucocyteantigen,HLA)等位基因HLA-B*5701、HLA-B*5703,HLA-B*5801,HLA-B27和HLA-B51,都與病毒的有效控制及AIDS的緩慢進(jìn)展有關(guān),其部分原因在于這些個(gè)體T細(xì)胞識別的抗原決定簇集中在病毒Gag蛋白區(qū)域。1個(gè)基因組相關(guān)研究發(fā)現(xiàn),一個(gè)位于HLA-C位點(diǎn)上游35個(gè)kb的單核苷多態(tài)性(Single-nucleotide-polymorphysm,SNP)具有有效的保護(hù)性效應(yīng),也證實(shí)了HLA-B57與低的病毒調(diào)定點(diǎn)相關(guān)。HLA-C相關(guān)的單核苷多態(tài)現(xiàn)象可能與HLA-C的低水平表達(dá)有關(guān),可能在HIV-1感染中影響T細(xì)胞或NK細(xì)胞的功能。相反,雖然機(jī)制不明,但一些HLA-B35的亞型與疾病的快速進(jìn)展有關(guān),特別是其為純合子時(shí)更加明顯。Bw4基序?yàn)镠LA-Iα1重鏈結(jié)構(gòu)域77-83位點(diǎn)的氨基酸序列,被認(rèn)為是自然殺傷細(xì)胞免疫球蛋白樣受體KIR3DS1和KIR3DL1的配體,已證明在Bw4基序存在80Ile變異的HLA-I同種異型患者,KIR3DS1和KIR3DL1的表達(dá)可以延緩其發(fā)展為AIDS。研究發(fā)現(xiàn),在HIV-1急性感染過程中,只有當(dāng)HLA-BBw480Ile基序存在時(shí),表達(dá)KIR3DS1和/或KIR3DL1的NK細(xì)胞才出現(xiàn)擴(kuò)增;體外實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)也支持該結(jié)論,即表達(dá)KIR3DS1的NK細(xì)胞能在表達(dá)HLA-BBw480Ile的靶細(xì)胞中有效控制HIV-1復(fù)制。盡管配體的確切性質(zhì)難以確定,但可推測NK細(xì)胞對HIV-1感染細(xì)胞的特異性識別可能是由KIR3DS1介導(dǎo)的。這些發(fā)現(xiàn)可能反映出KIR3DS1和/或KIR3DL1與HLA-BBw480Ile的相互作用對NK細(xì)胞發(fā)育和/或功能的影響,可能也影響了有助于控制病毒調(diào)定點(diǎn)的CD8+T細(xì)胞的發(fā)育和/或功能。2.5hiv-1感染早期感染的免疫反應(yīng)特點(diǎn)固有免疫細(xì)胞和B、T細(xì)胞的激活,是人類HIV-1急性感染和獼猴SIV急性感染的顯著征象,它的多樣化程度持續(xù)到慢性感染階段。免疫細(xì)胞下調(diào)不受HIV-1感染的細(xì)胞或?qū)IV-1特異的細(xì)胞所限制。免疫激活與B、T細(xì)胞早期而廣泛的凋亡有關(guān),導(dǎo)致凋亡微粒釋放入血,血漿中可溶性腫瘤壞死因子(TNF)相關(guān)凋亡誘導(dǎo)配體(TRAIL;TNFSF10)水平的升高發(fā)生在病毒血癥高峰之前,是HIV感染誘導(dǎo)凋亡和/或免疫激活的首要證據(jù)。TRAIL的升高也與高水平的α干擾素相符。不久之后可觀察到凋亡微粒數(shù)量的增高,隨后,可溶性TNF受體2和FAS配體的水平也相應(yīng)升高。部分微粒表達(dá)CC-趨化因子受體5,說明它們來源于HIV-1感染的靶細(xì)胞。HIV-1感染早期,血漿中這些可溶性成分的出現(xiàn)可能代表了病理學(xué)上的級聯(lián)反應(yīng),但不具有保護(hù)性,而與病毒誘導(dǎo)CD4+T細(xì)胞的死亡有關(guān),或者可認(rèn)為是其原因。在HIV-1急性感染時(shí)出現(xiàn)的微粒比病毒體多700倍,也與TNF相關(guān)的凋亡誘導(dǎo)配體(TRAIL;TnFSF10)和FAS配體(CD95l)的表達(dá)增加有關(guān),且可殺傷旁觀效應(yīng)細(xì)胞并抑制免疫反應(yīng)。在HIV-1感染早期建立的HIV相關(guān)免疫激活的原因仍未明確。多個(gè)相關(guān)因素可能對這種激活起作用,包括病毒直接感染免疫細(xì)胞,固有細(xì)胞產(chǎn)生的炎癥前細(xì)胞因子(推動(dòng)其他免疫細(xì)胞的直接激活和旁觀效應(yīng)細(xì)胞的激活),細(xì)菌產(chǎn)物通過受損腸上皮易位至血液,病毒感染的調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(TReg)及并發(fā)的慢性分枝桿菌的減少等。3增殖隱蔽期疫苗深入認(rèn)識HIV-1感染最早期的生物學(xué)特征,對預(yù)防HIV-1感染和疫苗研制具有重要作用。大