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2019年2月HIV研究亮点进展

来源:本站原创 2019-02-28 23:07
2019年2月28日讯/生物谷BIOON/---人类免疫缺陷病毒(human immunodeficiency virus, HIV),即艾滋病(AIDS,获得性免疫缺陷综合征)病毒,是造成人类免疫系统缺陷的一种病毒。1983年,HIV在美国首次发现。它是一种感染人类免疫系统细胞的慢病毒(lentivirus),属逆转录病毒的一种。HIV通过破坏人体的T淋巴细胞,进而阻断细胞免疫和体液免疫过程,导致免疫系统瘫痪,从而致使各种疾病在人体内蔓延,最终导致艾滋病。由于HIV的变异极其迅速,难以生产特异性疫苗,至今无有效治疗方法,对人类健康造成极大威胁。

自上世纪八十年代以来,艾滋病的流行已经夺去超过3400万人的生命。据世界卫生组织(WHO)统计,据估计,2017年,全世界有3690万人感染上HIV,其中仅59%的HIV感染者接受抗逆转录病毒疗法(ART)治疗。目前为止HIV仍然是全球最大的公共卫生挑战之一,因此急需深入研究HIV的功能,以帮助研究人员开发出可以有效对抗这种疾病的新疗法。为阻止病毒大量复制对免疫系统造成损害,HIV感染者需要每天甚至终身服用ART。虽然服用ART已被证明能有效抑制艾滋病发作,但这类药物价格昂贵、耗时耗力且副作用严重。人们急需找到治愈HIV感染的方法。

即将过去的2月份,有哪些重大的HIV研究或发现呢?生物谷小编梳理了一下这个月生物谷报道的HIV研究方面的新闻,供大家阅读。

1.Cell:中科院高光侠课题组揭示新型抗病毒因子抑制HIV-1程序性-1核糖体移码机制
doi:10.1016/j.cell.2018.12.030


病毒的基因组大小通常相对较小。为了增加基因组的信息内容,许多病毒采用一种称为程序性核糖体移码(programmed ribosomal frameshifting)的翻译记录机制。翻译中的核糖体在-1PRF信号处停下来。虽然大多数核糖体沿着初始的阅读框移动,但是一小部分核糖体在向后移动一个核苷酸后沿着一个新的阅读框移动,从而产生两个羧基末端存在差异的蛋白产物。HIV-1使用程序性-1核糖体移码(programmed -1 ribosomal frameshifting, -1PRF)来产生病毒复制所必需的Gag和Gag-Pol。-1PRF机制存在于所有的生物界中。在真核生物中,-1PRF也可能导致终止密码子过早出现,这可能导致mRNA降解。-1PRF机制在基因表达的转录后调控中起重要作用。然而,-1PRF机制如何受到宿主因子调节在很大程度上是未知的。

如今,在一项新的研究中,中国科学院生物物理研究所的高光侠(GAO Guangxia)课题组在2019年1月24日的Cell期刊上发表了一篇标题为“Regulation of HIV-1 Gag-Pol Expression by Shiftless, an Inhibitor of Programmed -1 Ribosomal Frameshifting”的论文中,报道了一种抑制-1PRF的新型宿主抗病毒因子,他们称之为Shiftless。
图片来自Cell, doi:10.1016/j.cell.2018.12.030。

高光侠课题组致力于研究病毒-宿主相互作用的分子机制。为了鉴定抑制-1PRF机制的宿主因子,他们证实I型干扰素能够抑制Gag-Pol---HIV-1的-1PRF蛋白产物---表达。通过筛选干扰素刺激基因(ISG)抑制Gag-Pol表达的能力,他们鉴定出Shiftless(最初命名为C19orf66)。Shiftless对所有测试的病毒和细胞基因中的-1PRF显示出相当大的抑制活性,这表明它是一种广谱-1PRF抑制剂。

为了探究Shiftless的作用机制,高光侠课题组分析了Shiftless与-1PRF RNA和翻译中的核糖体之间的相互作用,其中后两者是-1PRF过程中的两个关键因素。Shiftless与后两者之间相互作用。基于这一结果,他们猜测Shiftless与翻译中的核糖体和-1PRF RNA同时结合可能使核糖体陷入一种非生产性状态,从而停滞在-1PRF RNA上。停滞的核糖体应当通过质量控制机制加以拯救,从而导致过早翻译终止(premature translation termination, PMT)。

2.Nature:新方法可精确测量潜伏性HIV病毒库大小,比现有方法准确10到100倍
doi:10.1038/s41586-019-0898-8


在一项新的研究中,美国约翰霍普金斯大学医学院的Robert Siliciano博士及其同事们开发出一种新型遗传技术,从而能够快速准确地计算出潜伏在患者细胞中的没有活性的HIV形式,这是评估新型HIV疗法有效性的一个关键部分。这种潜伏性HIV形式整合到细胞的基因组中,即便患者接受成功的治疗,它们也能够持续存在,这就阻碍了治愈HIV感染的努力。根据他们的报道,之前的工具将这种潜伏性HIV数量过高估计了10到100倍,这可能掩盖了实验性疗法产生的有意义的下降。尽管实现HIV治愈可能仍然需要很长的路要走,但是至少从目前而言,这项新的研究取得了重要的进展。相关研究结果发表在2019年2月7日的Nature期刊上,论文标题为“A quantitative approach for measuring the reservoir of latent HIV-1 proviruses”。

HIV专门感染称为CD4 T细胞的免疫细胞。这些被感染免疫细胞中的一部分通常保持休眠状态并存储着这种病毒的基因组。这一部分免疫细胞无限期地持续存在。但是它们的持续存在有一个缺点:它们能够在无意中保护着HIV的遗传指令。一旦这些细胞“重新激活”,这些病毒模板就会重新发挥作用,制造新的病毒颗粒。因此,感染上HIV的患者必须终生接受抗逆转录病毒药物治疗,除非科学家们能够找出方法摧毁这种所谓的“潜伏性HIV病毒库(latent reservoir)”。

在这项新的研究中,Siliciano团队通过使用两种不同颜色的荧光探针,设计出能够区分缺陷的HIV病毒模板和完整的HIV病毒模板的PCR反应。这些探针靶向的HIV病毒DNA区域容易发生能够导致HIV模板缺陷的突变,而颜色读出值能够指示HIV遗传指令是否存在缺陷。这意味着科学家们能够利用这种新技术来评估某种干预措施---比如实验性药物或药物混合物---是否正在影响实际上威胁患者生命的潜伏性HIV遗传指令库。

3.Sci Adv:科学家有望开发出潜在的HIV功能性疗法
doi:10.1126/sciadv.aat7911


近日,一项刊登在国际杂志Science Advances上的研究报告中,来自美国乔治梅森大学的科学家们通过研究鉴别出了一种特殊的指标,其或能帮助开发治疗HIV的新型疗法。文章中,研究者重点对一种名为丝切蛋白(cofilin)的蛋白质进行研究,其能调节细胞动员并抵御机体感染的机制。

丝切蛋白是一种关键蛋白,其能帮助细胞产生迁移的驱动力,而合适的丝切蛋白磷酸化作用对于细胞在组织内外的迁移非常关键。本文研究结果表明,单靠抗逆转录病毒疗法似乎并不太可能实现对HIV的持久控制,因为这种疗法并不足以修复HIV感染导致的丝切蛋白功能损伤,同时其也无法恢复正常T细胞的迁移过程。

研究者指出,通过额外的疗法来刺激T细胞(比如α4β7整合素抗体)就能够调节丝切蛋白的活性水平从而恢复T细胞的运动特性,这种疗法能对猴免疫缺陷病毒(SIV)提供持久的免疫控制作用,但却在HIV感染的人类患者中似乎并没有这种效果。这项研究中研究人员鉴别出了一种新型作用靶点(丝切蛋白),后期他们希望能通过更为深入的研究开发出能修复HIV患者机体免疫损伤从而彻底根治HIV的功能性疗法。

4.Nature:重磅!HIV药物或能有效治疗阿尔兹海默病等年龄相关的人类疾病
doi:10.1038/s41586-018-0784-9


近日,一项刊登在国际杂志Nature上的研究报告中,来自纽约大学等机构的科学家们通过研究发现,一种HIV药物能明显降低小鼠机体中年龄相关的炎症及其它衰老症状,相关研究结果有望治疗年龄相关的疾病,包括阿尔兹海默病、2型糖尿病、帕金森疾病等。

研究者表示,这种HIV药物能通过抑制老化细胞中的反转录转座子活性(retrotransposon activity)来发挥作用,反转录转座子是一种能复制并且移动位置的DNA序列,其组成了人类基因组的重要部分,反转录转座子与古老的反转录病毒有关,当其未受到抑制时就能产生DNA拷贝,并插入到细胞基因组的其它部位,细胞能够进化出多种方法让这些“跳跃基因”被隐藏起来,但随着细胞老化,这些反转录转座子就会逃脱这种控制。

文章中,研究者检测了6种不同的HIV反转录酶抑制剂的功能,他们想观察是否这些抑制剂能阻断L1的活性以及干扰素反应,一种名为拉米夫定的HIV药物引起了研究者的注意力,因为其能有效抑制L1的活性而且副作用较小。研究者表示,在拉米夫定的作用下,生长中的人类细胞在细胞衰老的情况下并不会受到影响,但拉米夫定会降低干扰素的反应以及细胞晚期阶段衰老相关的分泌表型(SASP),这是衰老细胞促进附近组织炎症表现的重要特性。

研究者Sedivy指出,当开始给予小鼠HIV药物时,我们发现了非常意外的抗炎性效应,尽管L1s会在细胞衰老的晚期阶段被激活,但这种干扰素反应却会加强SASP反应,而且主要负责年龄相关的炎症反应。当利用拉米夫定治疗26个月大的小鼠(相当于75岁的人类)两周时,研究者发现小鼠机体的干扰素反应和炎症反应均减少了。而当治疗20个月的小鼠6个月时,研究者发现,小鼠机体中脂肪和肌肉损失水平下降了,而且肾脏疤痕的表现也减弱了。

5.JCI:突破!科学家有望利用水痘病毒开发出新型的HIV疫苗
doi:10.1172/JCI124473


近日,一项刊登在国际杂志Journal of Clinical Investigation上的研究报告中,来自多伦敦大学和曼尼托巴大学通过研究有望利用水痘病毒开发出抵御HIV的新型疫苗;长期以来科学家们一直将水痘病毒视为一种疫苗形作为潜在的载体来运输HIV基因并产生抵御HIV的机体免疫力,但对这种方法的安全担忧限制了新型HIV疫苗开发的进程。

这项研究中,研究人员首次发现,水痘疫苗在生殖器粘膜中并不会诱发一种不受欢迎的HIV免疫状态,就像研究人员此前在临床试验中观察到的那样,即使用相似的病毒载体或在血液中进行研究;研究者Kelly MacDonald说道,我们调查了一个对这种疫苗策略构成障碍的重要安全问题,目前我们正在设法检测一种基于水痘病毒的HIV疫苗策略。

研究者在受HIV严重影响的肯尼亚地区进行了这项研究,他们招募了44名健康、HIV阴性的女性参与者,这些参与者感染HIV的风险较低,水痘免疫测试呈阳性;研究人员给予参与者一种仅抵御水痘病毒的高剂量疫苗,随后每隔4周、8周及12周检测每一名参与者的血液、宫颈粘膜细胞以及直肠粘膜细胞。研究结果表明,在接种疫苗12周后,相比接种疫苗前个体在激活HIV靶向细胞的频率上并无显著差异。

研究者指出,这种疫苗能增强女性抵御血液和生殖器部位水痘病毒的免疫力,生殖器区域的这种免疫反应是HIV疫苗概念研究中的重要发现;水痘病毒和HIV疫苗混合制剂或许就能利用水痘疫苗在体内经历沉默的再激活周期这一事实而发挥作用,当其从休眠状态中觉醒后,机体免疫力就能快速对其控制,从而实现免疫力被增强的效应。

6.Nat Commun:发现控制HIV感染的新线索
doi:10.1038/s41467-018-07209-7


免疫系统是抗击艾滋病和癌症等疾病的最佳防御系统。如今,在一项新的研究中,来自南非、美国和加拿大的研究人员利用免疫系统揭示出可能有助于产生HIV疫苗的新线索。他们鉴定出感染控制与抗病毒T细胞如何很好地对多种HIV序列作出反应之间存在的关联性。相关研究结果近期发表在Nature Communications期刊上,论文标题为“Dual HLA B*42 and B*81-reactive T cell receptors recognize more diverse HIV-1 Gag escape variants”。论文通讯作者为加拿大西蒙弗雷泽大学的Mark Brockman博士和南非夸祖鲁纳塔尔大学的Zaza M Ndhlovu博士。
图片来自Nature Communications, doi:10.1038/s41467-018-07209-7。

这些研究人员研究了两种高度相关的HLA变体(B81和B42),这两种HLA变体识别相同的HIV肽抗原(TL9),但与感染后的不同临床结果相关联。

通过研究单个T细胞如何很好地识别TL9和在流行的HIV毒株中出现的多种TL9序列变体,这些研究人员发现,与来自表达HLA B42的人的T细胞相比,来自表达HLA B81的人的T细胞识别出更多的TL9变体。

值得注意的是,一些表达B42的人体中的一组T细胞显示出更高的识别TL9序列变体的能力。这些T细胞的存在与更好地控制HIV感染相关联。

7.The Lancet HIV:新研究揭示HIV基因组进化历程
doi:10.1016/S2352-3018(18)30359-X


美国的每个地区都跟踪艾滋病毒病例,并对病毒的基因组进行测序以观察其是否对目前的药物有抗药性的做法。最近,当地卫生部门和疾病控制和预防中心(CDC)已开始使用这些HIV基因序列来追踪病毒的传播史。

这些信息使研究人员和公共卫生官员能够建立传播网络,即具有遗传相似HIV的人群。传播网络有助于确定哪些群体可能感染艾滋病毒的风险增加。

加州大学圣地亚哥分校医学院的研究人员最近与洛杉矶县公共卫生部合作,利用这些数据来寻找该地区的艾滋病毒感染趋势。该研究结果于2019年2月11日发表在Lancet HIV上,表明变性女性患艾滋病病毒传播网络的风险高于男男性接触者。此外,这些群体中的顺式男性应该被认为具有比以前认为的更高的HIV风险。

8.Nat Commun:新型HIV疫苗成功抵抗HIV的感染
doi:10.1038/s41467-019-08739-4


口腔粘膜是一个具有吸引力的粘膜免疫部位,但是口腔中厚厚的鳞状上皮限制了组织对抗原的摄取。为了解决这个问题,近日来自美国埃默里大学的研究人员开发了一种修饰的无针注射装置用于输送疫苗到达恒河猴的舌下和口腔颊面(SL/B)组织中以抵抗HIV-1的感染,相关研究成果于近日发表在《Nature Communications》上,题为“HIV-1 vaccination by needle-free oral injection induces strong mucosal immunity and protects against SHIV challenge”。

研究人员使用这种无针设备往恒河猴的SL/B组织中注射含有修饰的安卡拉疫苗(modified vaccinia Ankara,MVA)和重组的三聚gp120的疫苗后在血清和阴道、直肠和唾液分泌物中都产生了强烈的疫苗特异性的IgG反应。

研究人员发现疫苗诱导的IgG反应可以显著对抗HIV-1来源的多种病毒株的gp70-V1V2序列。相反,普通的SL/B免疫只产生了很弱的IgG反应。

为了验证这种疫苗方式抵抗HIV感染的效果,研究人员给恒河猴进行了6次直肠内SHIV-SF162P3病毒株的感染,结果发现它们的无针新装置显著地延缓了感染的发生。研究人员通过进一步深入分析发现感染的延迟与非中和性抗体效应因子的功能、Env特异性的CD4阳性T细胞反应以及gp120 V2环特异性的抗体相关。

9.Nat Commun:PD-1抑制剂或是治疗潜伏HIV的灵丹妙药
doi:10.1038/s41467-019-08798-7


HIV在抗逆转录病毒治疗(antiretroviral therapy,ART)过程中会持续存在于潜伏感染的CD4 T细胞中。过去的研究发现免疫检查点分子(包括PD-1)更倾向于表达在持续感染的细胞表面,但是研究人员并不知道PD-1是否在HIV潜伏以及持久的存在中扮演着功能性角色。

而近日来自加拿大的研究人员给这个问题提供了答案。通过使用来自于HIV感染的病人的CD4 T细胞,研究人员发现PD-1可以在转录水平抑制了病毒的产生,消除潜伏感染的T细胞中T细胞受体诱导的HIV的再次激活。相反,如果使用PD-1抑制剂派姆单抗抑制PD-1,同时使用潜伏逆转试剂苔藓抑素,则会促进潜伏的HIV苏醒,且不会促进T细胞的激活。

总的而言,这项研究结果表明通过持续地抑制病毒的再度激活,PD-1为潜伏感染的细胞提供了选择性优势,可以在ART期间持续存在;而给正在接受ART的HIV感染病人进行免疫检查点抑制剂治疗可能会促进潜伏病毒的激活,这也为评估免疫检查点抑制剂治疗HIV病人的疗效提供了基础。

10.Nat Commun:人工蛋白可以激发产生抗HIV抗体
doi:10.1038/s41467-019-08876-w


HIV-1表面有大量的糖类对HIV-1表面的蛋白质Env进行了伪装,使得HIV-1可以避开人体的体液免疫。而大多数HIV-1隔离群会由自然的序列突变产生“糖洞”,这些糖洞可能将其下的蛋白表面暴露给免疫系统。为了验证这个猜想,近日来自北卡罗来纳大学教堂山分校、宾州州立大学等单位的研究人员通过计算机设计了一些蛋白表位,可以激活兔子产生对抗HIV-1的抗体,相关研究成果于2019年2月27日发表在《Nature Communications》上,题目为“Rationally designed carbohydrate-occluded epitopes elicit HIV-1 Env-specific antibodies”。

在这项研究中,研究人员设计的这些新蛋白可以通过表位移植模拟Env中被碳水化合物阻塞的中和表位(CONE),在这些新设计的表位中,靶向区域被呈现在一个具有保守结构的载体蛋白支架上面。这种支架展示了4种CONEs,研究人员随后对其结构和免疫原性进行了测试。两种设计的蛋白质的晶体结构准确地反映了计算机模型,且准确模拟了天然CONEs的构象。

通过体内实验,研究人员发现利用几种CONE免疫原免疫的兔子的血清中出现了Env的结合活性,这表明这些新型免疫原可以成功诱导免疫系统产生可以结合HIV-1的抗体。总的而言,在这项研究中研究人员的设计确定了保护性抗体靶标的必须结构元素,同时这种高度模拟病毒蛋白设计免疫原的能力也使得进一步的疫苗开发模板的探索成为可能。(生物谷 Bioon.com)

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