揭示HIV-1持续存在的根本原因

《Current Opinion in HIV and AIDS》：Unraveling the root causes of HIV-1 persistence

　　**摘要**
**目的**：尽管抗逆转录病毒治疗（ART）能够将HIV-1病毒载量降至无法检测的水平，并显著延长HIV感染者的预期寿命，但受感染的细胞库会终生存在，目前可用的治疗策略无法将其彻底清除。本文综述了最新发现，以阐明尽管接受抗逆转录病毒治疗HIV-1仍持续存在的根本原因，并为未来的干预措施提供见解。

**最新发现**：最近在Proviral测序、染色体整合位点映射、克隆细胞追踪、单细胞多组学和空间转录组分析方面的进展表明，HIV-1的持续存在不仅仅是由于病毒潜伏。此外，它还受到克隆扩增、细胞内在生存机制、病毒库细胞的免疫逃逸特性以及特定组织微环境的保护作用的影响。虽然没有单一因素被确定为持续存在的唯一驱动因素，但这些发现共同重塑并扩展了我们对HIV-1病毒库及其持续存在机制的理解。

**总结**：HIV-1的持续存在依赖于一个多层次的网络，其中病毒潜伏、克隆增殖、细胞内在生存和免疫逃逸机制以及组织微环境的生物学特性共同作用，维持着病毒库的稳定。这种相互关联的机制网络，而非任何单一因素，构成了HIV-1持续存在的基础。

**通俗语言总结**：本文解释了为什么即使ART将病毒载量降至无法检测的水平，HIV-1仍能在体内持续存在，且感染者往往能拥有接近正常的生活寿命。通过使用Proviral测序、染色体整合位点映射、克隆细胞追踪、单细胞多组学和空间转录组分析等新工具，最新研究表明，HIV-1的持续存在并非仅由病毒潜伏引起。HIV-1病毒库的维持依赖于受感染细胞的克隆扩增、其内在生存机制和免疫逃逸特性，以及保护性的组织微环境。作者认为，正是这种相互关联的机制网络，而非单一因素，导致HIV-1目前仍无法被治愈。

**引言**：自20世纪80年代发现HIV-1以来，由于抗逆转录病毒治疗（ART）的引入和不断改进，HIV-1已从一种致命的感染转变为一种可控制的慢性疾病[1,2]。虽然目前尚无有效的预防疫苗或治愈策略，但HIV感染已经可以预防和控制，接受持续ART治疗的个体通常能够达到与未感染者相当的生命 expectancy。然而，ART并不能消除所有受感染的细胞，因为即使病毒复制完全被抑制，长期存在的病毒库仍然存在[3–6]。这些病毒库成为治愈干预的主要障碍，需要终生治疗。此外，全球仅有约四分之三的HIV感染者能够获得并有效响应治疗[7]，这表明仅依赖终生治疗无法终结疫情。仍需探索新的治疗方法，包括可能实现治愈的干预措施。迄今为止，已有几例通过CCR5 delta32纯合供体的干细胞移植成功根除感染的案例[8–15]，表明从理论上讲，完全清除所有HIV感染细胞是生物学上可行的。当前的主要挑战在于开发安全、可扩展的临床干预措施，以实现病毒库的彻底清除（根治性治愈）或长期无药物缓解（功能性治愈）。最终，治愈性干预可能是限制HIV-1疫情全球影响的唯一适当策略。

**HIV-1潜伏**：HIV-1潜伏被定义为携带染色体整合HIV-1 DNA的受感染细胞中不存在可检测的病毒基因表达[17]。这一状态最早在近30年前被描述[4]，可以降低细胞对宿主免疫监视的可见性，从而解释了它们对免疫清除的抵抗力。HIV-1潜伏的概念得到了病毒生长试验数据的有力支持，这些试验测量了接受抑制性ART治疗的个体中静息记忆CD4+ T细胞中的可诱导、具有复制能力的病毒[18]。在这些体外组织培养系统中，参与者来源的静息记忆CD4+ T细胞在基线时不会产生可检测的HIV-1蛋白，但在TCR激动剂或其他CD4+ T细胞激活剂的作用下可以产生大量病毒蛋白[18]。基于这些观察结果，有人提出，在ART治疗期间，HIV-1感染细胞几乎不产生病毒转录本或蛋白。为了消除这些病毒库细胞，支持潜伏假说的研究者认为需要能够诱导病毒转录的药物（所谓的“潜伏逆转剂”LRAs）来使感染细胞暴露于免疫清除。然而，使用这种方法的临床试验尚未显著或持久地减少HIV-1病毒库的大小[19]。

**克隆扩增**：在维持HIV-1持续存在的机制中，受感染细胞的克隆增殖似乎是稳定病毒库的主要过程之一。克隆扩增的细胞将其相同的病毒基因组传递给后代，并可通过不同细胞中存在的相同Proviral序列和染色体整合位点来识别。克隆增殖可以由抗原刺激[36,37]或稳态细胞因子[38]驱动，而整合到特定增殖相关基因[26,39,40]中可以进一步促进选定感染细胞的扩增。由IL-7和IL-15等信号介导的稳态增殖可能提供持续的、低水平的感染细胞克隆扩增，而抗原驱动和整合位点驱动的增殖则在特定环境中更显著地形成大型克隆[39–41]。值得注意的是，克隆扩增可以被视为病毒的一种策略，通过使感染细胞在数量上超过负选择压力来抵御宿主免疫压力。虽然ART能强烈抑制活跃的病毒复制至无法检测的水平，但它对HIV病毒库没有直接影响[3–6]。一旦中断ART治疗，潜伏的Provirus会迅速重新激活全身感染，导致病毒快速反弹[16]，再次强调了终生治疗的必要性。

**免疫逃逸**：尽管ART能强烈抑制活跃的病毒复制，但它对HIV病毒库没有直接影响[3–6]。最近的研究表明，HIV-1病毒库的维持还涉及细胞内在的生存机制和免疫逃逸特性。更详细地理解这些机制有助于未来开发新的方法来减少或消除持续存在的HIV-1病毒库。

**结论**：HIV-1的持续存在是一个复杂的网络，其中病毒潜伏、克隆增殖、细胞内在生存和免疫逃逸机制以及组织微环境的生物学特性共同作用。这种相互关联的机制网络构成了HIV-1持续存在的基础。这些发现共同支持了一个相对较新且具有影响力的假设：HIV-1在抗逆转录病毒治疗（ART）期间的持续存在，更多是由细胞内在的、主动的抵抗免疫介导的杀伤能力驱动的，而非被动的潜伏状态。这一框架需要在未来的研究中进行详细的机制探讨。

**生存程序的上调**
越来越多的证据表明，HIV-1潜伏细胞依赖于促进生存的程序来抵御免疫介导的杀伤并实现长期持续存在。特别是，BCL-2（一种关键的抗凋亡蛋白）的表达可以降低对Casp8p41诱导的细胞死亡的敏感性；这种抵抗机制可以通过BCL-2拮抗剂venetoclax来逆转，这支持了BCL-2在促进长期ART期间HIV-1感染细胞持续存在中的关键作用。后续研究还发现，高水平的BCL-2的HIV感染细胞在体外对CD8+ T细胞介导的杀伤具有更强的抵抗力[67]。与此一致的是，venetoclax通过诱导FasL、TRAIL和Perforin/Granzyme B，在人源化小鼠模型中增强了NK细胞和CD8+ T细胞对潜伏细胞的杀伤作用[68]，并在组织培养模型[69]、人源化小鼠[70]和非人灵长类动物模型[71?]中降低了HIV-1潜伏细胞的频率。此外，还有研究表明，HIV-1感染的CD4+ T细胞可以通过OX40/BIRC5轴激活细胞生存途径[72]，从而促进其长期存活。最近的单细胞多组学研究进一步细化了这些观察结果，揭示了感染CD4+ T细胞中独特的“生存”特征，包括BCL-2和其他促进生存的基因，尤其是在携带完整或可诱导病毒体的细胞中。单细胞ECCITE-seq技术结合了同一细胞表面蛋白表达、细胞转录组、HIV-1 RNA和TCR序列的评估，表明HIV-1感染细胞可能通过BCL-2家族成员和SERPINB9（一种Granzyme B抑制剂）的高表达而存活更长时间[73]。单细胞DOGMA-seq技术结合了染色质可及性分析以及ART前后HIV感染个体记忆CD4+ T细胞的转录组、表面蛋白、HIV-1 DNA和HIV-1 RNA的分析，显示转录因子IKZF3与其他基因一起促进了HIV感染细胞的存活[74]。使用FIND-seq技术（能够捕获含有HIV-1 DNA的记忆CD4+ T细胞的转录谱）的研究表明，在尽管接受ART但仍持续存在的HIV感染细胞中，死亡受体通路和坏死性凋亡信号通路受到抑制[75]。此外，对接受抑制性ART的个体外周血和淋巴结中HIV-1感染记忆CD4+ T细胞的直接蛋白质组学分析进一步证明，携带完整病毒体的细胞（尤其是位于淋巴结中的细胞）过度表达了CD28、CD44、IL-7受体和IL-21受体，这些因子都有助于细胞存活[63]。

**潜伏细胞在免疫特权组织中的隔离**
虽然循环在血液中的HIV-1潜伏细胞一直是研究病毒持续存在的主要来源，但绝大多数感染细胞定位于淋巴组织中，包括淋巴结（LN）、肠道和脾脏。此外，骨髓、肺、泌尿生殖系统、扁桃体和中枢神经系统（CNS）等组织也是病毒持续存在的场所[76–79]，这突显了HIV-1组织潜伏库的异质性和复杂性。重要的是，不同组织部位的HIV-1潜伏细胞的细胞组成各不相同。在淋巴结中，表达高水平CXCR5和PD1的T滤泡辅助细胞被认为是具有复制能力的HIV-1病毒的主要潜伏库[80,81]。另一项研究还表明，在TLR7/8刺激下，淋巴结树突状细胞中可以检测到具有复制能力的病毒，表明淋巴结树突状细胞也是这一区域内的另一个潜伏库[82]。在肠道中，效应记忆CD4+ T细胞和组织驻留记忆CD4+ T细胞构成了主要的潜伏群体[83,84??]，而小胶质细胞（CNS中的巨噬细胞）现在被认为是大脑中的主要HIV-1潜伏库[85–87]。越来越多的证据表明，克隆扩增的病毒序列可以在多个组织部位被检测到，进一步证明HIV-1的持续存在并不局限于单一的解剖学位点[88,89,90?]。HIV-1潜伏细胞类型的多样性和在多个组织部位的克隆扩增为识别促进病毒持续存在的组织因素带来了独特挑战，但已有几项研究开始剖析特定组织的病毒持续存在机制。一种广泛描述的机制涉及抗逆转录病毒药物在组织和血浆中的浓度梯度，这可能导致潜伏库相对于血液而言暴露较少。ART药物的渗透在多个解剖学部位受到限制，包括淋巴组织、中枢神经系统（CNS）和生殖道，主要是由于结构屏障（如紧密的上皮连接和形成血脑屏障及血睾屏障的特殊内皮）[91]。这些屏障限制了许多抗逆转录病毒药物的细胞旁扩散。此外，药物的特定物理化学性质——包括高血浆蛋白结合能力、大分子尺寸、亚优化的脂溶性或在生理pH值附近的离子化状态——可能会阻碍有效的组织分布和跨细胞传递，即使总体组织水平看似足够也是如此。除了药理学限制外，淋巴组织的微解剖结构和免疫组织结构也促进了病毒的持续存在。在淋巴结中，生发中心是免疫特权区域，CD8+ T细胞的进入受到限制[92,93]。此外，渗透到淋巴组织或胃肠道黏膜淋巴组织中的组织驻留CD8+ T细胞通常表现出较低的细胞毒性[94,95]。支持这一点的是，最近的一项研究表明，在非人灵长类动物模型中，即使结合PD-1阻断或重组IL-15给药等干预措施，分析治疗中断期间CD4+ 和CD8+ T细胞在淋巴组织中的药物保留也不会延迟或阻止病毒反弹[96?]，这直接证明了淋巴结内T细胞的细胞毒性功能较差。空间转录组学分析进一步表明，渗透到B细胞滤泡中的CD8+ T细胞表现出与有限细胞毒性活动一致的转录和表观遗传特征，包括染色质可及性降低、Granzyme B和Perforin表达减少，以及通过HLA-E–NKG2A相互作用的抑制性信号增强[97??]。这些发现将B细胞滤泡定位为HIV-1持续感染的主要庇护所。同样，淋巴组织中的NK细胞的功能也低于其他器官中的NK细胞[98]，淋巴结滤泡中功能受损的KLRG1+ NK细胞显著富集[99]。相比之下，在非人灵长类动物模型中，能够归巢到B细胞滤泡的CXCR5+ NK细胞的积累与血浆病毒载量和慢性SHIV感染期间生发中心T滤泡辅助细胞的频率呈负相关[100]，这加强了淋巴结作为受感染细胞保护性微环境的观点。最近的单细胞研究为基于组织的病毒持续存在提供了更多见解。例如，对肠道驻留T细胞的单细胞DOGMA-Seq分析显示，支持组织驻留记忆表型的转录因子BACH2在抑制性ART期间促进了肠道相关淋巴组织中HIV-1的持续存在[84??]。总体而言，这些发现强调了组织潜伏库的异质性和免疫保护性，形成了HIV-1持续存在的多个庇护所。这种多层次的复杂性凸显了迫切需要开发能够有效接触、识别和清除组织内病毒潜伏库的治疗策略。

**免疫激活**
慢性、全身性的免疫激活是HIV-1感染的标志，通常与临床进展和CD4+ T细胞耗竭相关[101–105]。持续的免疫激活会破坏免疫稳态的多个方面，导致胸腺输出减少、淋巴组织纤维化、免疫重建受损以及广泛的T细胞和B细胞功能障碍[106]。尽管在抑制性ART期间这种免疫激活会随时间减弱，但它仍然高于未感染HIV的个体[102,103]，这可能是由于肠道黏膜持续屏障功能障碍导致的微生物移位增加[107]。慢性共感染（包括巨细胞病毒（CMV）、慢性乙型和丙型肝炎感染）的频率增加也可能起到一定作用[108,109]。然而，在长期ART期间，免疫激活与HIV潜伏库之间的关系仍存在争议：一些报告显示两者之间存在正相关[110–112]；而其他研究则未发现HIV-1潜伏库与免疫激活之间的明确联系[113,114]。这些差异可能是由于横断面分析设计无法完全区分因果关系。尽管如此，多项研究表明，ART前的较高CD8+ T细胞激活与较大的HIV-1潜伏库规模相关[115,116]，而早期ART可以降低CD8+ T细胞激活并缩小长期治疗期间的HIV潜伏库规模[117]。这些发现共同表明，免疫激活不仅是HIV-1感染的后果，也可能是维持和演化潜伏库的潜在因素。需要进一步的机制研究和针对性干预措施来阐明和破坏这些途径。

**结论**
HIV-1的持续存在不能由单一机制解释；相反，它是由一系列相互关联的多层过程共同作用的结果。尽管已经投入了大量努力来消除HIV-1潜伏库，但未来对病毒潜伏库的深入研究，结合新兴的潜伏库分析技术，对于推进治愈策略至关重要。

**致谢**
无。

**财务支持和赞助**
M. Lichterfeld得到了美国国立卫生研究院（NIH）的资助，项目编号为AI184094、AI152979、AI155233、AI135940、AI176579。

**利益冲突**
无利益冲突。