Nature | HIV病毒储存库克隆持久性新机制：动态抗原表达与免疫抵抗

撰文|细胞工程师

尽管抗逆转录病毒疗法能将艾滋病病毒（HIV）抑制至无法检测的水平，但病毒在体内以潜伏形式长期存在于少数CD4+ T细胞中，形成所谓的“病毒储存库”。这是HIV无法被彻底治愈的根本原因。传统的“唤醒并杀灭（Shock and kill）”策略旨在逆转病毒的潜伏状态，使受感染的细胞重新表达病毒蛋白，从而被免疫系统识别杀灭或药物清除，但此策略在临床上的效果一直不尽如人意【1-3】。人们推测，储存库的长期存在不仅依赖于病毒潜伏，还可能与受感染细胞克隆的增殖能力以及对免疫攻击的内在抵抗性有关，但这些机制一直缺乏直接的研究证据。

近日，美国威尔·康奈尔医学院的R. Brad Jones领导的研究团队在Nature杂志上发表题为Dynamic antigen expression and cytotoxic T cell resistance in HIV reservoir clones的研究论文。该研究成功从接受抗病毒治疗的HIV感染者体内分离并扩增出“真实储存库克隆（Authentic reservoir clones，ARCs）”，并对其进行了深入的功能解析。研究发现，ARCs在任何时刻仅有极少数细胞会表达病毒抗原，且对激活刺激反应迟钝，但持续的免疫压力仍可清除大部分ARCs。更重要的是，该研究直接证实，部分ARCs具有细胞内在的对杀伤性T细胞（Cytotoxic T-cells,CTL）的抵抗性，并揭示了这种抵抗性与低氧化应激状态相关，且可被FDA已批准的药物地拉罗司逆转。这一发现为根除HIV的免疫治疗策略提供了全新的思路和靶点。

为了突破以往因病毒储存库细胞数量稀少而难以研究的瓶颈，研究团队首先建立了一套通过T细胞受体Vβ（TCR Vβ）分选富集或无偏倚极限稀释法结合迭代亚克隆的创新技术平台，成功从长期接受抗病毒治疗的HIV感染者体内分离并体外扩增出多个纯度极高的ARCs。这些ARCs包含7个携带完整病毒基因组的克隆和3个具有缺陷型的克隆，其中一些克隆能在体外增殖到数亿级规模，为后续的深入研究提供了有效的细胞模型。通过对一名编号为OM5334的捐献者超过12年的纵向追踪，研究团队发现，尽管其体内总的完整HIV DNA数量显著下降，但分离出的3个ARCs的丰度却惊人地保持稳定。这直接证明了这些克隆在体内具有强大的持久生存能力。其中，一个名为ARC-ZNF721的克隆被证实特异性地针对EB病毒，其增殖与持续可能与其识别其它病原体相关，揭示了免疫背景对HIV储存库维持的影响。

接下来，研究团队利用CITE-seq等单细胞多组学技术，对ARCs的免疫表型和HIV表达动态进行了精细描绘。结果显示，不同来源的ARCs具有稳定且独特的转录组和表面蛋白特征，多数呈现细胞毒性T细胞样或TH1样极化，这与近期关于病毒储存库具有细胞毒性偏斜特征的研究报道相吻合【4】。通过结合HIV RNA和表面CD4蛋白的表达分析，研究团队发现，在任何特定时间点，每个ARC中仅有极少数细胞（0.0%-6.1%）存在高水平的病毒转录，并呈现出一种高度保守的转录程序，其特征是TCR信号通路激活、MHC II类分子上调，但细胞周期和代谢相关基因显著下调。加之，这种“产毒性”状态是短暂且动态变化的。功能性实验也证实，无论是TCR刺激还是强效的PMA/离子霉素刺激，仅能诱导极低比例的ARC细胞表达病毒Gag蛋白，凸显了储存库对现有激活策略的强大抵抗性。有趣的是，在TCR刺激下，ARCs能够发生显著的克隆性增殖，但增殖与病毒表达是脱钩的，绝大多数增殖的细胞并不表达病毒Gag蛋白。

鉴于ARCs极低的瞬时病毒Gag蛋白表达率，传统的“唤醒并杀灭”策略似乎前景黯淡。然而，研究团队在患者体内观察到一个关键线索，在ART治疗早期，每个ARC克隆中受感染细胞的比例在持续下降，暗示尽管瞬时病毒抗原表达水平低，但受感染细胞仍可能在时间累积效应下被免疫系统清除。为验证这一点，研究团队设计了名为“慢曲线”的共培养实验，将ARCs与一个强效的、靶向其病毒抗原HIV Pol特异性CTL克隆在anti-CD3/CD28抗体刺激的增殖条件下共培养7天。结果出人意料，对于ARC-ZNF721，尽管第1天仅观察到轻微的杀伤效果，但到了第7天，CTL的存在使ARC总数减少了超过90%，即便其瞬时Gag表达率从未超过2%。数学模型分析表明，在7天的培养周期内，累计约有15%的细胞曾短暂表达病毒Gag抗原，但这仍不足以完全解释超过90%的清除率，提示可能存在抗原非依赖的旁观者杀伤机制。然而，对于另一个名为ARC-Chr16的调节性T细胞型克隆，同样的CTL攻击却收效甚微，仅造成有限的杀伤。这种差异表明，不同储存库克隆对CTL的敏感性存在天壤之别。

为了探究ARC-Chr16对CTL抵抗的根源，研究团队设计了一系列精巧的竞争性杀伤实验。他们发现，用ARC-Chr16产生的病毒去感染新的CD4+ T细胞，这些新感染的细胞能有效地被CTL杀死。而ARC-Chr16本身即便表达了病毒蛋白，也几乎不受CTL影响。这清晰地表明，其抵抗性并非源于病毒本身，而是源自该细胞克隆的内在特性。多组学分析将ARC-Chr16与CTL敏感的dARC-COG5进行对比，发现前者具有显著较低的HIF1A表达、表面CD69表达水平以及低氧化应激相关基因通路活性。基于此，研究团队尝试使用一种FDA批准的可诱导缺氧应激和ROS富集的铁螯合剂地拉罗司（DFO）来重塑其代谢状态。结果显示，DFO预处理能有效逆转ARC-Chr16的CTL抵抗性，使其在“慢曲线”实验中的扩增几乎被完全抑制。

综上所述，本研究通过建立和利用真实的储存库克隆模型，直接证明了HIV储存库的长期维持不仅依赖于低水平的病毒表达，还依赖于部分克隆细胞内在的CTL抵抗性。研究揭示了病毒抗原表达的动态性和时间累积效应对克隆清除的重要性，更重要的是，发现了一种存在于调节性T细胞样储存库克隆中的CTL抵抗机制，其与低氧化应激状态密切相关，并可通过地拉罗司等临床药物进行干预和逆转。这一发现不仅为理解HIV的持久性提供了全新的分子机制，也为开发超越传统激活策略的、靶向细胞内在抵抗途径的免疫治疗新路径打开了大门，有望推动新一代艾滋病治愈策略的临床转化。

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41586-026-10298-w

制版人： 十一

参考文献

1. Finzi D, Hermankova M, Pierson T, et al. Identification of a reservoir for HIV-1 in patients on highly active antiretroviral therapy. Science. 1997; 278(5341):1295-1300.

2. Chun TW, Finzi D, Margolick J, et al. In vivo fate of HIV-1-infected T cells: quantitative analysis of the transition to stable latency. Nat Med. 1995;1(12):1284-1290.

3. Archin NM, Liberty AL, Kashuba AD, et al. Administration of vorinostat disrupts HIV-1 latency in patients on antiretroviral therapy. Nature. 2012; 487(7408):482-485.

4. Collora JA, Liu R, Pinto-Santini D, et al. Single-cell multiomics reveals persistence of HIV-1 in expanded cytotoxic T cell clones. Immunity. 2022; 55(6):1013-1031.e7.

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