前沿 | 艾滋病治愈研究中改變游戲規(guī)則的工具：“FIND-Seq”檢測

云南防艾

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在蒙特利爾舉行的第24屆國際艾滋病大會(AIDS 2022)上宣布，科學(xué)家們首次開發(fā)出了一種靈敏的基因分析方法，通過使用納米技術(shù)探測隱蔽的艾滋病病毒感染的“儲庫”細(xì)胞的獨(dú)特遺傳特征，從而專門找到這些細(xì)胞的微小子集。

儲存庫問題

美國國家過敏和傳染病研究所疫苗研究中心的Eli Boritz博士在會議上說，艾滋病病毒之所以能終身感染，是因?yàn)檫@種病毒隱藏在免疫系統(tǒng)看不到的地方，將其基因插入我們自己的DNA中，這些細(xì)胞構(gòu)成了我們免疫系統(tǒng)的少數(shù)細(xì)胞。

在未經(jīng)治療的感染中，HIV病毒會在整個(gè)免疫系統(tǒng)中增殖，霸占T細(xì)胞制造新的病毒顆粒，并在此過程中通過殺死協(xié)調(diào)細(xì)胞免疫的CD4 t細(xì)胞，對免疫系統(tǒng)造成致命的損害。但是有少量的HIV被隔離在不活躍的t細(xì)胞中，t細(xì)胞不發(fā)出任何它存在的信號。

抗逆轉(zhuǎn)錄病毒療法(ART)阻止了病毒的增殖，但無法觸及隱藏的病毒DNA或殺死包含它的細(xì)胞。它們會持續(xù)存在——如果抗逆轉(zhuǎn)錄病毒療法停止，它們就會被激活并開始產(chǎn)生新的病毒。

因此，大多數(shù)艾滋病毒治療策略的一個(gè)關(guān)鍵組成部分就是找到這些儲存細(xì)胞，要么用超強(qiáng)力免疫療法殺死它們，要么讓它們永遠(yuǎn)沉默。

問題是我們知道儲存庫的存在。但我們不知道是哪些細(xì)胞組成了它，它們在哪里，以及它們在不同的人身上是否不同。我們沒有工具可以可靠地識別它們，從而對它們進(jìn)行治療。我們不知道它們是否有讓它們進(jìn)入休眠狀態(tài)并隱藏病毒的特殊特性，或者它們是否一開始就特別容易感染艾滋病毒。我們不知道在抗逆轉(zhuǎn)錄病毒療法存在的情況下如何選擇性地重新激活它們，或者在抗逆轉(zhuǎn)錄病毒療法不存在的情況下如何重新激活它們以及如何阻止它們。

這種儲存細(xì)胞的不可見性使得治愈艾滋病毒比使用類似的細(xì)胞靶向療法來治愈癌癥更加困難。癌細(xì)胞確實(shí)顯示出許多抗原表位——警示免疫反應(yīng)的特有細(xì)胞標(biāo)記物——因此可以被免疫療法靶向。對于艾滋病毒來說，這是一項(xiàng)艱巨得多的任務(wù)。

細(xì)胞的一些特性使它們更有可能成為儲存庫細(xì)胞。例如，有一種叫做CD27的細(xì)胞表面分子。它的存在使t細(xì)胞變得具有免疫活性，并“記住”病毒的特征，而類似細(xì)胞上沒有它則表明t細(xì)胞已經(jīng)完成了這項(xiàng)工作，變得靜止。因此，90%的整合HIV DNA駐留在cd27陽性細(xì)胞內(nèi)。但其中大部分在融合的過程中退化和變異。大多數(shù)完整的HIV DNA——能夠制造全新病毒的DNA，都在cd27陰性細(xì)胞內(nèi)，因?yàn)樗鼈冇幸环N不同尋常的特性，即一旦感染就會關(guān)閉，從而使感染持續(xù)下去。

這同樣適用于其他細(xì)胞標(biāo)記物。宿主細(xì)胞傾向于在HIV感染的CXCR4共同受體中富集，因?yàn)檫@是一個(gè)使t型病毒感染成為可能的受體，t型病毒往往出現(xiàn)在慢性感染中。毫不奇怪，如果從休眠狀態(tài)中喚醒儲存細(xì)胞，它們對HIV的敏感度會比其他細(xì)胞更高。

問題是儲存細(xì)胞承載完整的病毒DNA是非常罕見的——有時(shí)只有百萬分之一的t細(xì)胞——所以大多數(shù)具有這些儲存細(xì)胞特征的細(xì)胞，實(shí)際上不會成為HIV儲存細(xì)胞的一部分。

檢測儲存細(xì)胞的唯一方法是直接檢測它們隱藏的HIV DNA。

FIND-Seq檢測

FIND-Seq檢測包括幾個(gè)步驟，每個(gè)步驟都涉及通過比頭發(fā)還細(xì)的微小通道運(yùn)輸和分選單個(gè)細(xì)胞。

t細(xì)胞從接受抗逆轉(zhuǎn)錄病毒治療的hiv陽性患者的血液中提取，包裹在單個(gè)的“納米膠囊”中，由帶有凝膠皮膚的油滴組成，并沿著管道運(yùn)輸。

首先利用t細(xì)胞的細(xì)胞表面特征分離t細(xì)胞的記憶子集。然后，它們被“審問”——刺激它們產(chǎn)生個(gè)體主人基因組特有的RNA長度。它們被重新封裝，然后通過一束激光，激光束的信號會提醒系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)意外長度的病毒DNA，并將包含它們的細(xì)胞送到不同的實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)皿中。

利用這種技術(shù)，研究人員首先構(gòu)建了一個(gè)基因異常活躍或不活躍的總體圖譜。他們比較了包含完整HIV DNA的細(xì)胞和不包含完整HIV DNA的細(xì)胞的基因。大多數(shù)“HIV陽性”t記憶細(xì)胞與不含HIV的t記憶細(xì)胞有著截然不同的基因特征。特別是，很多在缺乏HIV的細(xì)胞中活躍的基因在有HIV的細(xì)胞中被關(guān)閉。這些基因包括調(diào)控細(xì)胞程序性死亡的基因和阻止細(xì)胞增殖的基因。這表明這些細(xì)胞可能具有適合HIV潛伏期的特性。

但有一部分細(xì)胞具有與HIV是否存在無關(guān)的整體遺傳活性。因此，研究人員隨后進(jìn)行了一系列反復(fù)的實(shí)驗(yàn)，以發(fā)現(xiàn)特定的基因組合或“模塊”是否與細(xì)胞艾滋病毒感染相關(guān)。

遺傳特征

他們發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)，一個(gè)由60個(gè)基因組成，一個(gè)由85個(gè)基因組成——從最初檢查的數(shù)千個(gè)基因中——與完整的HIV感染密切相關(guān)。

再次縮小范圍，他們發(fā)現(xiàn)了四個(gè)與HIV感染相關(guān)的基因，它們控制著基因轉(zhuǎn)錄的下調(diào)——換句話說，這些基因告訴其他基因關(guān)閉。另外五個(gè)將細(xì)胞保存在不活躍狀態(tài)，確保它們不會太容易開始分化，因?yàn)榉只瘯s短它們的壽命。

一旦細(xì)胞完成了一些基因工作，其中三種負(fù)責(zé)關(guān)閉基因——這表明，一旦細(xì)胞經(jīng)歷了艾滋病毒整合的過程，它們就會將細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)閮Υ婕?xì)胞。這些基因的存在主要是為了保護(hù)細(xì)胞免受可能損害它們的病毒誘導(dǎo)的毒性過程。換句話說，HIV可能會利用基因過程來限制病毒的損害。還有其他一些基因直接幫助修復(fù)受損的細(xì)胞核和線粒體DNA——這正是病毒整合過程中發(fā)生的事情。

Boritz博士說，這一切意味著我們終于找到了一種方法，可以誘導(dǎo)儲層細(xì)胞揭示它們特有的基因特征; 我們現(xiàn)在已經(jīng)詳細(xì)地知道，這些基因特征是什么樣的;這些基因特征正是你所期望的。

這意味著，既能“喚醒”儲層細(xì)胞，又能針對它們進(jìn)行特異性的、自我誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡的治療，未來可能會有更精確的靶向性。這甚至可以幫助我們找到一種方法，從一開始就阻止艾滋病毒建立宿主并成為終生感染。

目前這都是實(shí)驗(yàn)室科學(xué)。但我們終于有了一種化驗(yàn)方法，可能使我們能夠更好地靶向治療艾滋病毒和免疫調(diào)節(jié)療法。

References

Boritz E et al. Transcriptional programs of HIV silencing and cell survival in HIV-infected memory CD4 T cells under antiretroviral therapy. 24th International AIDS Conference, Montreal, abstract OALBX0102, 2022.

來源：優(yōu)艾課堂

編審/羅櫻

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