今天，一项会改写艾滋病治疗史的研究登上了顶级期刊《自然》杂志[1]。
由麻省总医院拉根研究所（Ragon Institute）免疫学家Yu Xu教授领衔的研究团队，深入研究了在HIV-1感染者中占比不到0.5%，无需接受抗逆转录病毒治疗（ART），就能持续控制病毒复制的“精英控制者”。
她们发现，与需要长期接受ART治疗的感染者相比，精英控制者体内的完整HIV-1序列主要被“封印”在“基因沙漠”等不利于HIV-1转录复制的位置。这意味着HIV-1病毒库的质量，而不是数量，可以成为功能性治愈HIV-1感染的一个重要区分特征。
更让人激动的是，在一个精英控制者中，尽管Yu教授团队分析了超过15亿个外周血单个核细胞（PBMCs），仍无法检测到完整的前病毒序列。
Yu教授认为，这个发现提出了一种可能性，即以前只在异体造血干细胞移植后才观察到的HIV-1感染的清除性治愈，在极少数情况下有可能自行发生。
▲论文首页截图
HIV-1在1981年发现于中美洲，是一种主要攻击人体的辅助T淋巴细胞（CD4+ T），并造成人类免疫系统缺陷的病毒。HIV-1的厉害之处在于，它会把自己的遗传信息插入被感染细胞的基因组之中，成为“前病毒”，构建一个病毒储存库，通过克隆增殖，长期存在于人体之中。
虽然艾滋病在出现之初是不治之症，但是近30年的研究和药物研发，让艾滋病成为一种可防可控的慢性疾病。对于HIV-1感染者来说，只要坚持长期接受ART治疗，就可以将体内的病毒载量控制在检测不到的水平。
此外，近年来，CCR5Δ32基因缺陷型异体造血干细胞移植，以及基因编辑技术的出现，又让HIV-1感染者有了新的“功能治愈”选择。
▲通讯作者Yu Xu教授
不过，在HIV-1感染者之中，还有一个非常特殊的群体，他们无需接受ART治疗即可将体内病毒复制降到检测不到的水平，很多人能持续自我控制数年，甚至数十年。遗憾的是，这个群体仅占HIV感染者群体的不到0.5%。如前文所述，他们被称为“精英控制者”。
“精英控制者”近年来颇受关注，因为他们身上可能隐藏着HIV-1感染自然治愈的方法[2]，这也是另外99.5%的感染者的新希望。
实际上，以往的研究已经将HIV-1精英控制者与HLA-I基因位点的特定变异[3]，更强的杀灭病毒感染细胞的免疫能力[4]等联系起来。
尽管之前的研究已经在精英控制者体内发现小型、具有复制能力的前病毒库存在[5，6]，但我们对这一特殊群体的了解依然很少。
▲论文一作Jiang Chenyang
为了进一步探索精英控制者的特征，Yu教授团队招募了64名精英控制者，他们血浆中持续检测不到HIV-1病毒的中位年数是9年（范围为1-24年）。为了进行比较，她们还招募了一个HIV-1感染者的参考队列，他们接受ART治疗的中位年数为9年（范围为2-19年）。
随后，Yu教授团队使用全长个体前病毒测序（FLIP-seq）[7]，利用已经商业化的PCR检测方法，以单基因组分辨率绘制了两个队列的前病毒库景观。
总的来说，通过FLIP-seq分析她们发现，相对于ART治疗者，精英控制者的前病毒扩增产物（完整和缺陷）的中位数显著降低。在精英控制者中，基因组完好、不包含确定的致死序列缺陷的近全长的前病毒序列的频率也明显降低。
▲两个队列的PBMCs病毒序列水平比较
为了更深入地分析前病毒库的结构，Yu教授团队先将研究重点放在EC1和EC2这两个精英控制者身上，因为在她们的初步分析中，没有在这两位感染者体内发现完整的前病毒基因组序列。
先来看EC1。EC1在过去的12年里一直没接受药物治疗，但是HIV-1病毒复制控制的很好。在这期间的23次HIV-1检测中，只有一次检测到非常低的HIV-1拷贝。在本研究中，研究人员把EC1的PBMCs数量增加到可用细胞的极限，在10.2亿个PBMCs中发现了一个基因组完整的前病毒序列；以及21个有缺陷前病毒。
10.2亿个外周血单个核细胞里面才发现一个！
再来看EC2。EC2没接受ART治疗的时间已经超过24年，在39次病毒载量检测中，只有单次记录到93个HIV-1 RNA拷贝/ml。Yu教授团队随即检测了EC2的超过15亿个PBMCs，竟然没有检测到一个基因组完整的前病毒序列。
唯有19种存在缺陷的前病毒序列，清楚地表明EC2过去曾感染过HIV-1。
▲EC1和EC2体内的前病毒序列情况比较
为了进一步确认EC2体内可能真的不存在完整的前病毒序列，研究人员又分析了PBMCs中数亿计的CD4+T细胞，以及700多万个肠道细胞，均没有发现完整的前病毒序列。甚至换一种新近发明的新检测方法，也没有检测到。
研究人员对这个结果感到吃惊。
因为，据她们所知，截至目前，只有“柏林病人”在经过相同规模的检测后仍未发现完整的前病毒序列[8]，而柏林病人被广泛认为是实现了治愈。
鉴于此，Yu教授团队认为EC2很有可能通过自然免疫的形式实现了HIV感染的清除性自愈，虽然科学逻辑不支持她们的假设，但是她们采用了多种互补和高灵敏度的检测手段，仍旧没有找到完整的前病毒序列，也就是说没有证据证明她们的假设是错的。
▲论文并列一作Lian Xiaodong（注：另一位并列一作是Gao Ce，没有找到照片）
为了更进一步找到精英控制者病毒库的特点，Yu教授团队又对50名精英控制者和37名ART治疗者的所有基因组完整的前病毒序列进行了系统发育分析。
她们发现，与ART治疗者相比，有些精英控制者体内虽然也存在基因组完整的前病毒序列，但是精英控制者体内的前病毒序列的扩增更多是因为T细胞的克隆扩增带来的。也就是说，精英控制者体内的病毒转录和复制被强烈的抑制，只能在受感染的T细胞克隆增殖过程中通过有丝分裂完成扩增。
基于此，Yu教授和她的同事推测：可能是由于HIV-1病毒整合到了不允许病毒主动转录的基因组区域，这才导致精英控制者基因组中完整的前病毒序列保持着深度、持久的潜伏状态。
为了搞清楚精英控制者体内的HIV-1基因组究竟整合在哪里了，Yu教授团队又采用了匹配整合位点和前病毒测序（MIP-seq）。
结果显示，与接受ART治疗者相比，精英控制者体内完整的前病毒序列更多整合在非基因区域或者假基因区域（13% vs 40.2%），这些区域经常被称为“基因沙漠”。
▲精英控制者基因组中病毒的插入位置
尽管有部分精英控制者体内也存在完整的HIV-1序列整合进了基因里，但是这个比例比ART治疗者低。更大的差异是，精英控制者体内完整的HIV-1序列往往插在不编码的内含子中，或者插入的方向与宿主基因序列相反。这显然也严重地抑制了HIV-1序列的活性。
其中还有个值得一提的基因叫KRAB-ZNF，在精英控制者体内，完整HIV-1序列插入到这个基因中的比较多：在18个有完整的前病毒序列的基因中，KRAB-ZNF中包括33%的完整前病毒序列。
但巧的是，KRAB-ZNF所在的基因区域被大量异染色质蛋白占据，仅有宿主基因的转录起始位点被放开了。
总的来说，与ART治疗者相比，精英控制者体内完整HIV-1序列整合的位置非常不利于病毒的增殖。
▲精英控制者与ART治疗者基因组中病毒整合位点比较
不仅如此，研究人员还分析了精英控制者体内完整HIV-1序列整合的位点距最近的转录起始位点的距离，以及插入位点的组蛋白和DNA的表观遗传学修饰。
结果发现，与ART治疗者相比，精英控制者体内完整HIV-1序列整合的位点不仅离转录起始位点非常遥远，而且组蛋白修饰和DNA甲基化的状态，都不利于HIV-1的转录扩增。
就好像精英控制者把体内的HIV-1基因组“封印”在“基因沙漠”等位置。
▲两组感染者病毒插入位点简图
那难道HIV-1进入到精英控制者体内就是为了“埋葬”自己吗？
当然不是。
因为，研究人员发现，HIV-1在精英控制者体内插入的位点，其实都不利于HIV-1整合。
那就只有一个解释了：是精英控制者体内自然免疫选择的结果。
也就是说，精英控制者体内强大的免疫力量消除了那些更容易转录的病毒，于是乎那些被“封印”在特殊位点的HIV-1就被留下了，长眠在那里。
对于以上的过程，研究人员建议将它称为“自体冲击和杀伤”（autologous shock and kill）机制。
还有一点需要提到的是，在非常罕见的情况下，这种免疫力量有可能近乎完全清除所有基因组完整的前病毒序列，例如开头提到的EC1和EC2。
这就提出了一种可能性，即至少在原则上，HIV-1感染的清除性治愈是可以通过自然的、免疫介导的机制自发地发生。
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参考文献：
[1].https://www.nature.com/articles/s41586-020-2651-8
[2].Saezcirion A, Pancino G. HIV controllers : a genetically determined or inducible phenotype?[J]. Immunological Reviews, 2013, 254(1): 281-294.
[3].Mclaren P J, Carrington M. The impact of host genetic variation on infection with HIV-1[J]. Nature Immunology, 2015, 16(6): 577-583.
[4].Migueles S A, Osborne C M, Royce C, et al. Lytic Granule Loading of CD8+ T Cells Is Required for HIV-Infected Cell Elimination Associated with Immune Control[J]. Immunity, 2008, 29(6): 1009-1021.
[57].Blankson J N, Bailey J R, Thayil S M, et al. Isolation and Characterization of Replication-Competent Human Immunodeficiency Virus Type 1 from a Subset of Elite Suppressors[J]. Journal of Virology, 2007, 81(5): 2508-2518.
[6].Veenhuis R T, Kwaa A K, Garliss C C, et al. Long-term remission despite clonal expansion of replication-competent HIV-1 isolates[J]. JCI insight, 2018, 3(18).
[7].Lee G Q, Orlovafink N, Einkauf K, et al. Clonal expansion of genome-intact HIV-1 in functionally polarized Th1 CD4+ T cells[J]. Journal of Clinical Investigation, 2017, 127(7): 2689-2696.
[8].Yukl S A, Boritz E, Busch M P, et al. Challenges in Detecting HIV Persistence during Potentially Curative Interventions: A Study of the Berlin Patient[J]. PLOS Pathogens, 2013, 9(5).
本文作者 | BioTalker
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