Nature：受感染T细胞库中的HIV沉默和细胞存活特征

原文题目:HIV silencing and cell survival signatures in infected T cell reservoirs

通讯作者：Eli A. Boritz

隶属单位：美国国立卫生研究院国家过敏和传染病研究所疫苗研究中心

DOI：10.1038/s41586-022-05556-6

了解HIV在抗逆转录病毒治疗（ART）期间如何持续存在，可以推动寻找安全和可扩展的HIV治疗方法。这方面的一个核心例子是潜伏库概念，其中一些HIV前病毒被认为通过维持静止状态而持续存在，从而使其宿主细胞免受病毒或免疫介导的杀伤。支持这一概念的证据包括在离体样本中存在诱导表达HIV的罕见记忆CD4 T细胞，以及来自培养模型的数据，证明分子阻断对HIV转录，特别是在静息细胞中。这些和其他发现促使潜伏逆转剂（LRAs）的发展，该剂可以诱导HIV转录，目的是将受感染的细胞暴露在体内消除。然而，在LRA的临床试验中，储层规模没有明显减少强调了对艾滋病毒治愈的障碍有多少未知数。特别重要的是HIV感染的CD4 T细胞库生物学的长期不确定性。由于血液和组织中含有静止病毒的细胞未经大量操作就无法识别，因此无法确定这些稀有细胞是否具有有利于HIV潜伏期的特殊属性，或以其他方式有助于解释ART下的HIV持久性。试图通过检测表型、功能性或解剖学 CD4 T 细胞亚群中的 HIV 富集来规避这一障碍的研究，在某些情况下使用高级单细胞分析，发现亚群中感染细胞水平低，并强调感染细胞库的异质性。因此，在ART下鉴定HIV感染的CD4 T细胞中独特的生物学特征已成为HIV治疗研究的核心挑战。

图1：使用FIND-seq对HIV-DNA细胞进行全转录组学分析。

为了帮助应对这一挑战，研究人员开发了一种定制的微流控技术，可以直接离体对HIV感染细胞进行无偏倚检测和基因表达谱分析。该技术被称为通过核酸检测和测序（FIND-seq）对细胞进行聚焦询问。分离油包水液滴中的数百万个单细胞以进行立即裂解，然后进行聚腺苷酸化 RNA 序列回收，然后根据 HIV DNA 检测进行分选。这种方法从含有静止病毒的细胞中分离出整个转录组，而无需体外潜伏期逆转，从而捕获这些细胞在其自然状态下的转录组谱。在这里，研究人员在接受长期ART的HIV感染者中使用FIND-seq来分析含有HIV gag DNA的记忆CD4 T细胞的宿主基因表达模式 - HIV感染细胞库的标志物，包括完整和有缺陷的病毒序列。研究人员的研究结果揭示了独特的转录组学特征，有助于解释尽管抑制了病毒复制，但HIV感染的CD4 T细胞仍然存在，突出了进一步推进HIV治愈的重要机会。

在“休克和杀死”临床试验中缺乏减少HIV储层大小的证据，这增加了治疗性HIV潜伏逆转的作用和潜伏储库概念的使用的不确定性。同时，试图通过识别HIV感染的CD4 T细胞的独特属性来了解ART下HIV持续存在的机制面临着重大的技术障碍。使用开发的微流控技术在ART下研究自然状态下的HIV-DNA记忆CD4 T细胞，研究人员鉴定了这些稀有细胞中的宿主基因表达特征，这些细胞本质上不允许病毒转录。这支持了这些细胞是潜伏库的概念，并将体内的HIV转录静止与感染细胞特异性的宿主基因表达模式联系起来。此外，ART下HIV-DNA记忆CD4 T细胞的宿主转录组学特征表明，这些细胞的持久性可能涉及HIV转录沉默之外的其他机制，包括转录后HIV沉默，对细胞死亡的抵抗力和抗增殖信号的抵抗力。这些发现与早期LRA的不完全潜伏期逆转一致。即使在体外细胞刺激后也观察到感染细胞的持久性和体内。总体而言，研究人员在这项研究中的结果因此揭示了宿主细胞转录组特征，进一步阐明可能导致新的HIV治疗策略的发展。

图2：ART下HIV-DNA记忆CD4 T细胞中的宿主转录组途径。

研究人员在这项研究中确定的基因表达模式的起源将需要进一步研究。在某种程度上，这些模式可能在ART下通过选择性消除不表达它们的细胞而逐渐出现。HIV沉默标记的选择可能发生在能够在体内表达有毒病毒基因产物的细胞中，而细胞存活和增殖的选择可能适用于整个HIV-DNA细胞库。重要的是，这种选择模型意味着CD4 T细胞在HIV沉默，细胞存活和细胞增殖特征的表达方面存在预先存在的差异，这些差异并未完全追溯到单个记忆CD4 T细胞亚群。因此，这些特征可能反映了来自多个亚群的混合贡献，每个亚集对病毒的适度富集，也许可以通过研究人员将一个共表达的模块特征部分映射到外周 T 来举例说明+FH细胞。同时，HIV感染的记忆CD4 T细胞的某些基因表达模式也有可能是这些细胞中HIV感染的结果。细胞转录组重编程可能代表宿主对HIV整合或其他生命周期步骤的反应，正如编码病毒诱导和DNA损伤反应因子的共表达模块签名基因所表明的那样。或者，尽管研究人员在HIV-DNA细胞中检测到聚腺苷酸化HIV RNA表达的证据很少，但由于瞬时表达或方法敏感性，在测序中未检测到转录本的感染HIV病毒粒子或HIV表达产物的成分仍然可能主动重新编程宿主细胞基因表达。阐明这些机制的未来研究可能会为艾滋病毒治疗策略提供新的目标。

图3：ART下HIV-DNA记忆CD4 T细胞中共表达的基因特征。

研究人员在这项研究中的发现有几个局限性。首先，由于技术挑战，研究人员对HIV-DNA细胞转录组库进行了分类和测序，而没有区分完整和有缺陷的HIV基因组。因此，将需要FIND-seq和/或新技术的技术进步来定义此处鉴定的转录组学特征如何在单个细胞中分布。在单细胞水平上分析HIV-DNA细胞将避免稀释来自储库亚群的特征，从而完善和扩展本研究的结果。区分完整和有缺陷的HIV的单细胞转录组学分析也可以阐明HIV沉默特征是否严格通过翻译能力库中的选择而产生，或者即使感染病毒基因组在逆转录过程中获得了致命突变，这些特征是否也会出现。其次，尽管这里确定的许多转录组学特征基因在调节HIV基因表达，细胞存活或细胞增殖方面具有明确的作用，但其他基因在HIV持久性中的作用需要进一步研究。那些具有RNA处理功能但以前未与HIV复制相关的特征基因将特别令人感兴趣，因为其中一些可能有助于HIV基因表达的转录后调节，而其他基因可能仅作为感染细胞的标志物。第三，研究人员的研究结果既没有解决每个感染细胞内转录组签名表达的持久性，也没有解决表达特征基因的细胞在不同组织区室中的分布，这引发了有关影响HIV治疗策略发展的储库细胞动力学的重要问题。第四，由于研究人员的研究包括少数受试者，因此在不同的受试者群体中进行的更大规模的FIND-seq研究可能会发现此处未检测到的特征。最后，重要的是要承认ART下HIV治愈的障碍可能包括记忆CD4 T细胞库外的病毒库。

图4：ART下记忆CD4 T细胞中的HIV RNA序列。

尽管存在这些局限性，研究人员的研究结果强调了转化和基础研究中两条平行但互补的途径，以治愈艾滋病毒。首先是更加强调体内研究，针对维持HIV静止和防止HIV感染细胞死亡的所有机制。所采用的方法可能包括针对不同HIV转录和翻译阻滞的LRA的协同组合，与增强生理性CD4 T细胞死亡的疗法相结合。然而，随着治疗组合的复杂性增加，它们潜在的显着毒性可能成为一个日益受到关注的问题。因此，第二条前进的道路是持续努力确定HIV感染细胞库中的基因表达模式并了解其机制基础。目的是让这些方法揭示HIV沉默，细胞存活和细胞增殖程序如何在体内存在的不同记忆CD4 T细胞中表达，从而产生额外的见解，这些见解可以转化为有效和安全的HIV治愈定向疗法。

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41586-022-05556-6

转自：“生物医学科研之家”微信公众号

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