hiv-1感染早期生物學特征及免疫學應答研究進展

感染初期的生物學特征和免疫反應可作為決定病史的重要因素。目前所有研究HIV-1疫苗的試驗幾乎均宣告失敗,這使研究者一致認為,將來的疫苗研制不應過度地依賴于經驗,而應將其建立在深刻理解HIV-1和猴免疫缺陷病毒(Simianimmunodeficiencyvirus,SIV)感染最早期生物學特征及免疫應答的基礎上。本文將對新近關于HIV-1感染早期生物學特征方面的研究進行綜述。1患者感染hiv-1后的相關指標檢測結果近年來對HIV-1感染早期患者的血樣進行分析得出,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之間的時期被稱為隱蔽期(Eclipsephase)。此后,血漿病毒水平呈指數上升,在感染后21-28天達到高峰。隨后,血漿病毒RNA開始緩慢下降。連續檢測HIV-1感染患者不同時間點的相關指標,根據所得結果可將患者歸入FiebigstagesI-VI期[病毒RNA通過聚合酶鏈反應(PCR)檢測,p24和p31病毒抗原通過酶聯免疫吸附試驗(Enzymelinkedimmunosorbentassay,ELISA)測定,HIV-1特異性抗體通過ELISA和蛋白印跡試驗(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展至FiebigstagesVI期,此時血漿病毒載量達到平臺期。感染HIV-1后,病毒的復制首先局限在黏膜,再轉移到引流淋巴結并在此進一步擴增。從感染起始階段至病毒開始全身性擴散的時期為隱蔽期。血液中首次檢測到病毒的時間稱為T0;此后,在感染后21-28天出現血漿病毒血癥指數上升至高峰的時期。此時,黏膜CD4+T細胞顯著衰竭。當病毒血癥達高峰時,患者可能出現臨床癥狀,一些細胞成為潛伏病毒的宿主,這些細胞衰竭的速度比CD4+T細胞慢。在大量CD4+T細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“機會性窗口”很窄,但卻是HIV-1疫苗控制病毒復制、預防CD4+T細胞廣泛衰竭及抑制全身免疫激活的關鍵時期。2急性hiv感染的生物學特征2.1hiv-1在陰道黏膜下的擴散作用大多數HIV-1感染通過性接觸傳播,經生殖道或直腸黏膜發生。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的研究進一步說明了體內最初感染階段的一些特點。尚不確定HIV-1進行傳播的形式是游離病毒還是結合細胞的病毒,但是已證實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制仍不清楚。宮頸陰道黏液可減緩HIV-1穿過陰道黏膜時的擴散速度。到達黏膜上皮的病毒可能通過跨細胞作用或與上皮內樹突狀細胞(DCs)的樹突直接結合而通過該屏障。初步的未發表結果提示,病毒體也可能通過上皮間的細胞間隙來移動,從而使初始細胞與潛在的黏膜朗格漢斯細胞及CD4+T細胞接觸。盡管生殖道黏膜被機械性損傷或并發生殖道感染時病毒發生傳播的可能性較大,但是病毒通過上皮細胞屏障的可能性仍較小。因此,多次、危險的性生活通常是感染發生的必要條件。2.2siv感染的發生機制在病毒傳播至體內后有大約10天的增殖隱蔽期,此時在血漿中檢測不到病毒RNA。將首次檢測到的病毒進行單基因組擴增及測序,結果顯示0～80%黏膜傳播的B和C亞型HIV-1感染起源于單個病毒。感染的初始病毒(Foundervirus)產生具有感染性的分子克隆,其感染CD4+T細胞的能力比感染單核細胞及巨噬細胞的能力更強。這與病毒準種不同:準種出現于感染后期,感染淋巴細胞和骨髓細胞的能力相同。在獼猴直腸內接種SIV準種復合物的研究也說明有效感染起源于單個感染病毒,提示獼猴SIV感染可作為研究HIV-1傳播和疫苗研制的模型。在其他試驗性感染獼猴的研究中[6,7,8,9,10,11,12,13,14],發現受感染的首個細胞是定居在陰道黏膜中的記憶性T細胞,它表達病毒受體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細胞的單個感染灶。早期的固有免疫應答將其他的易感T細胞募集至感染灶,可能有助于病毒在此處的復制。大多數感染灶不能建立的原因可能有:在反轉錄的高度錯誤概率和宿主抗病毒載脂蛋白BmRNA編輯的酶作用下,HIV-1復制時可催化多肽樣胞嘧啶核苷脫氨酶(APO-BEC)APOBEC3G和APOBEC3F,導致CD4+T細胞中產生的許多病毒出現缺陷。2.3社會經口感染的細胞CD4+CCR5+T細胞是HIV進一步感染的靶細胞,在隱蔽期結束時,病毒和/或病毒感染的細胞到達引流淋巴結,在此遇到激活的CD4+CCR5+T細胞。這個過程被DCs增強,它們通過與DC特異的DC-SIGn結合而將病毒內化,并運至激活的T細胞。B細胞可通過補體受體CD21(CR2)結合病毒,這也與感染的早期擴散有關。此后,病毒快速復制并蔓延至全身的淋巴組織,特別是腸相關淋巴組織(GALT),在此有大量的CD4+CCR5+記憶性T細胞。GALT中大約20%CD4+T細胞在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60%的未感染CD4+T細胞能被激活并凋亡,導致凋亡微粒釋放,從而抑制免疫功能。因此,GALT中80%CD4+T細胞在HIV-1感染的前3周衰竭。當HIV-1在GALT和其他淋巴組織中復制時,血漿病毒血癥呈指數上升并達到峰值,血中RNA常大于1000000拷貝/ml,這發生在獼猴感染SIV后的14-21天和人類感染HIV-1后的21-28天。CD4+T細胞的數量在病毒血癥達峰時很低,但隨后在血中能恢復到接近正常的水平,而在GALT中不能恢復。雖然B細胞在HIV-1感染早期不衰竭,但由于其他對于生發中心具有重要作用的細胞類型被破壞,其應答也將受到影響。腸中高達50%的生發中心在感染后80天內消失。2.4病毒已選中的配置2.4.1hiv感染的原理及實踐在病毒血癥達到高峰時,盡管固有免疫細胞被廣泛激活,但免疫應答不會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定點(Viralsetpoint),它指的是血漿中病毒血癥下降到一個穩定水平的時間(大約在HIV感染起始后的3-6個月內),可部分預測HIV感染的進展及HIV傳播的風險。病毒的多樣化發生在病毒載量的下降過程當中,在獲得性免疫應答的壓力下選擇出多種逃逸突變,該應答在病毒血癥高峰之前可被檢測到。在未進行抗病毒藥物治療(ART)時,調定點被病毒更新和免疫應答之間的平衡所維持。在ART開始后,感染細胞的死亡速度可用病毒血癥的衰減曲線來計算,大多數被感染的記憶性T細胞半衰期<1天。而其他細胞群的衰減速度較慢,并且除CD4+T細胞以外的細胞群可成為HIV-1的潛伏池。細胞可能在HIV-1傳播后的幾天內被潛在性感染,且不能通過固有免疫應答或疫苗刺激的抗HIV-1免疫應答所清除,即使進行ART也是如此。2.4.2hla-c或bw4基序在gag蛋白區域的表達HIV-1對人類來說是一個新型病原體。因此,宿主遺傳學對于HIV-1感染免疫應答的影響可能更為明顯。在這方面,最顯著的發現是CCR5中缺失32個堿基對的同合子在大多數情況下能完全預防HIV-1感染。另外,人白細胞抗原(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的緩慢進展有關,其部分原因在于這些個體T細胞識別的抗原決定簇集中在病毒Gag蛋白區域。1個基因組相關研究發現,一個位于HLA-C位點上游35個kb的單核苷多態性(Single-nucleotide-polymorphysm,SNP)具有有效的保護性效應,也證實了HLA-B57與低的病毒調定點相關。HLA-C相關的單核苷多態現象可能與HLA-C的低水平表達有關,可能在HIV-1感染中影響T細胞或NK細胞的功能。相反,雖然機制不明,但一些HLA-B35的亞型與疾病的快速進展有關,特別是其為純合子時更加明顯。Bw4基序為HLA-Iα1重鏈結構域77-83位點的氨基酸序列,被認為是自然殺傷細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的表達可以延緩其發展為AIDS。研究發現,在HIV-1急性感染過程中,只有當HLA-BBw480Ile基序存在時,表達KIR3DS1和/或KIR3DL1的NK細胞才出現擴增;體外實驗數據也支持該結論,即表達KIR3DS1的NK細胞能在表達HLA-BBw480Ile的靶細胞中有效控制HIV-1復制。盡管配體的確切性質難以確定,但可推測NK細胞對HIV-1感染細胞的特異性識別可能是由KIR3DS1介導的。這些發現可能反映出KIR3DS1和/或KIR3DL1與HLA-BBw480Ile的相互作用對NK細胞發育和/或功能的影響,可能也影響了有助于控制病毒調定點的CD8+T細胞的發育和/或功能。2.5hiv-1感染早期感染的免疫反應特點固有免疫細胞和B、T細胞的激活,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到慢性感染階段。免疫細胞下調不受HIV-1感染的細胞或對HIV-1特異的細胞所限制。免疫激活與B、T細胞早期而廣泛的凋亡有關,導致凋亡微粒釋放入血,血漿中可溶性腫瘤壞死因子(TNF)相關凋亡誘導配體(TRAIL;TNFSF10)水平的升高發生在病毒血癥高峰之前,是HIV感染誘導凋亡和/或免疫激活的首要證據。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量的增高,隨后,可溶性TNF受體2和FAS配體的水平也相應升高。部分微粒表達CC-趨化因子受體5,說明它們來源于HIV-1感染的靶細胞。HIV-1感染早期,血漿中這些可溶性成分的出現可能代表了病理學上的級聯反應,但不具有保護性,而與病毒誘導CD4+T細胞的死亡有關,或者可認為是其原因。在HIV-1急性感染時出現的微粒比病毒體多700倍,也與TNF相關的凋亡誘導配體(TRAIL;TnFSF10)和FAS配體(CD95l)的表達增加有關,且可殺傷旁觀效應細胞并抑制免疫反應。在HIV-1感染早期建立的HIV相關免疫激活的原因仍未明確。多個相關因素可能對這種激活起作用,包括病毒直接感染免疫細胞,固有細胞產生的炎癥前細胞因子(推動其他免疫細胞的直接激活和旁觀效應細胞的激活),細菌產物通過受損腸上皮易位至血液,病毒感染的調節性T細胞(TReg)及并發的慢性分枝桿菌的減少等。3增殖隱蔽期疫苗深入認識HIV-1感染最早期的生物學特征,對預防HIV-1感染和疫苗研制具有重要作用。大