HIV感染發(fā)病和治療中細胞因子的作用研究進展

張 美 吳 昊 張宏偉

(首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京佑安醫(yī)院感染科，北京100069)

艾滋病是由人類免疫缺陷病毒(human immunodeficiency virus，HIV)感染引起的以CD4T淋巴細胞免疫功能缺陷為主的一種綜合性免疫缺陷疾病，在病理生理方面主要表現(xiàn)為免疫激活和CD4T細胞耗竭［1］。經(jīng)過30多年的醫(yī)學(xué)研究，聯(lián)合抗病毒治療可以抑制病毒復(fù)制，從而使艾滋病從一種被早期醫(yī)學(xué)宣判為死刑的疾病轉(zhuǎn)為一種可治療和可控制的慢性疾病。但聯(lián)合抗病毒治療并不能根治艾滋病，仍然需要在HIV感染的發(fā)病和治療方面繼續(xù)探索，尋找新的治療方法［2］。

細胞因子是一組由機體多種細胞分泌的信號蛋白，主要參與調(diào)節(jié)機體的免疫功能，此外，在機體的各個系統(tǒng)也廣泛存在，發(fā)揮極為重要的生理調(diào)節(jié)作用，某些情況下可產(chǎn)生病理作用。HIV感染的發(fā)病涉及復(fù)雜的細胞因子的變化，細胞因子的變化甚至出現(xiàn)在CD4T細胞下降之前，是預(yù)測疾病進展的獨立危險因子［3］。在艾滋病治療中，細胞因子對于恢復(fù)宿主的免疫微環(huán)境可能具有十分重要的作用。本篇綜述重點闡述細胞因子在HIV發(fā)病和治療方面的作用。

1 HIV感染與免疫激活

HIV感染破壞免疫系統(tǒng)，導(dǎo)致免疫缺陷，同時伴有免疫激活。早期的研究［4］顯示，HIV感染者中CD4T細胞出現(xiàn)選擇性破壞并伴有免疫系統(tǒng)所有成分的異常激活。在病毒特異性適應(yīng)性免疫應(yīng)答中，免疫系統(tǒng)所有的細胞成分，包括B細胞、NK細胞、單核細胞、巨噬細胞和T細胞(HIV和非HIV特異性CD4和CD8T細胞)，均有免疫激活的表現(xiàn)。尤其是T細胞，免疫激活表現(xiàn)為T細胞顯著增生，細胞表面激活標志物如HLA-DR和CD38表達增加，這種免疫激活與疾病進展的相關(guān)性比CD4T細胞和HIV RNA水平更為密切［5］。對于SIV感染模型的研究有助于深刻理解反轉(zhuǎn)錄病毒感染中免疫激活的作用。在自然宿主中，盡管病毒載量很高，但免疫激活水平較低［6］。這可能是這些動物能夠長期存活的原因。

1.1 T細胞免疫激活

HIV感染者中一個矛盾的現(xiàn)象是CD4和CD8T細胞激活，同時伴有CD4T細胞庫的耗竭及CD8T細胞的擴增。體內(nèi)和體外的研究［7-8］顯示，CD4和 CD8T細胞庫的增生與HIV病毒血癥的水平直接相關(guān)，在抗病毒治療啟動后隨著病毒載量下降，T細胞增生的水平顯著下降。然而，這些早期的研究并沒有解釋CD4T細胞的耗竭和CD8T細胞的擴增。這一現(xiàn)象可能是由于CD4和CD8T細胞亞群中激活途徑的差異而引起的，其中研究的較為透徹的是T細胞穩(wěn)態(tài)途徑和感染/炎性反應(yīng)應(yīng)答途徑。

1.1.1 穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)和炎性反應(yīng)所致的CD4T細胞免疫激活

CD4T細胞庫的穩(wěn)態(tài)是一個動態(tài)過程，對于每個細胞來說只能進行有限的擴增以保持細胞庫的多樣性。在淋巴細胞減少時，如HIV誘導(dǎo)的淋巴細胞缺乏癥、骨髓移植后以及特發(fā)性CD4T淋巴細胞減少，會出現(xiàn)一個維持穩(wěn)態(tài)的反應(yīng)，表現(xiàn)為穩(wěn)態(tài)細胞因子白細胞介素-7(interleukin-7，IL-7)增加，T細胞增生。這一過程由細胞庫大小的變化引起，目的是恢復(fù)CD4T細胞的穩(wěn)態(tài)水平［9］。

一項大規(guī)模的體外增生試驗［10］顯示，CD4T細胞增生由CD4T耗竭和HIV病毒載量所致。CD4T細胞增生和CD4T細胞耗竭之間密切相關(guān)提示穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)參與HIV感染中CD4T細胞免疫激活。有關(guān)健康對照者和HIV感染者CD4T細胞自發(fā)性增生研究［11］顯示，CD4T細胞增生受CD4T細胞計數(shù)的嚴格調(diào)控，這種調(diào)控機制在整個HIV感染過程均發(fā)揮作用。HIV誘導(dǎo)的淋巴細胞減少是驅(qū)動純真CD4T細胞增生的主要力量，而記憶CD4T細胞增生與CD4T細胞耗竭和HIV RNA水平均相關(guān)。此外，猴免疫缺陷病毒(simian immunodeficiency virus，SIV)感染致病模型最近的報道［12］顯示，在慢性SIV感染中純真和記憶T細胞庫穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)的途徑不同。

1.1.2 HIV復(fù)制和炎性反應(yīng)所致的CD8T細胞免疫激活

有關(guān)研究［10］顯示，HIV RNA水平是CD8T細胞增生的主要因素，而與穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)無關(guān)。這與早期的研究［7］相一致，HIV感染者CD8T細胞的增生與病毒血癥水平相關(guān)，在啟動抗病毒治療后顯著下降。體內(nèi)和體外研究［10-11］顯示，純真CD8T細胞增生的速度僅與HIV RNA水平有關(guān)，而非純真CD4T細胞那樣與HIV RNA水平和穩(wěn)態(tài)維持均有關(guān)。CD8T細胞的增生不受CD4或CD8T細胞庫大小的影響。這些結(jié)果顯示CD4和CD8T細胞庫在穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)方面的內(nèi)在差異，提示CD8T細胞庫的大小通常不受嚴格的穩(wěn)態(tài)調(diào)控，在炎性反應(yīng)或病毒感染應(yīng)答方面CD8T細胞庫具有巨大的擴增能力。

2 細胞因子在HIV感染發(fā)病中的作用

2.1 IL-7在淋巴細胞減少中的作用

在HIV誘導(dǎo)的淋巴細胞減少中，血清和組織IL-7水平與CD4T細胞耗竭密切相關(guān)［13］。IL-7是共有γ鏈細胞因子家族成員之一，存在于大多數(shù)組織，許多細胞均分泌IL-7，其中包括淋巴器官T細胞區(qū)的成纖維性網(wǎng)狀細胞，胸腺、肝臟和腸道的上皮細胞，成纖維細胞，膠質(zhì)細胞和樹突狀細胞。研究［14］顯示，IL-7通過調(diào)節(jié)細胞存活、增生和細胞庫多樣性在維持純真和記憶T細胞穩(wěn)態(tài)方面發(fā)揮重要作用。IL-7通過其受體轉(zhuǎn)導(dǎo)信號，IL-7受體是一個異源二聚體，由共有γ鏈和IL-7受體α鏈組成。IL-7R的活化依賴于IL-7激活Janus激酶-信號傳導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄活化因子(Janus kinase-signal transducer and activator of transcription，JAK-STAT)(主要是JAK1、JAK3和JAK5)、磷脂酰肌醇3激酶(phosphoinositide-3-kinase，PI3K)和 Src家族激酶信號傳導(dǎo)途徑［15］。

與HIV感染中穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)驅(qū)動CD4T細胞增生的結(jié)果相一致，在HIV相關(guān)CD4T淋巴細胞減少患者中，與γc細胞因子信號轉(zhuǎn)導(dǎo)有關(guān)基因的mRNA表達增加。相比之下，CD8T細胞亞群中這些轉(zhuǎn)錄的表達下降［10］。此外，純真和記憶CD4T細胞以及純真CD8T細胞在體外對IL-7的刺激產(chǎn)生應(yīng)答，而記憶CD8T細胞對IL-7刺激無應(yīng)答。這表明CD4和CD8T細胞亞群對穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)的反應(yīng)不同。

2.2 I型干擾素和HIV誘導(dǎo)的炎性反應(yīng)環(huán)境的作用

I型干擾素是一組在病毒感染中具有抗病毒和免疫調(diào)節(jié)特性的細胞因子。在HIV感染時，I型干擾素還與免疫致病有關(guān)。在體外試驗［16］中，感染性或非感染性HIV顆粒可誘導(dǎo)健康人的漿樣樹突狀細胞分泌I型干擾素，導(dǎo)致原代CD4T細胞死亡受體(death receptor，DR)5的表達增加。在HIV感染者的淋巴組織可檢測到漿樣樹突狀細胞中I型干擾素依賴性吲哚胺 2，3-雙加氧酶(indoleamine 2，3-dioxygenase，IDO)增加。IDO催化色氨酸降解，對于T細胞代謝十分重要。這些結(jié)果提示，I型干擾素的長期暴露可能在HIV感染致病機制中發(fā)揮作用。在SIV感染模型中，急性感染與致病性SIV感染模型的結(jié)果相似，在感染早期I型干擾素應(yīng)答處于優(yōu)勢;在慢性感染中，烏白眉猴和非洲綠猴可下調(diào)炎性反應(yīng)應(yīng)答和干擾素產(chǎn)量［17］。SIV感染的恒河猴有所不同，顯示出持續(xù)的I型干擾素應(yīng)答并進展至艾滋病。

體外試驗中，純真和記憶CD4T細胞在I型干擾素刺激時信號轉(zhuǎn)導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活因子1(signal transducers and activators of transcription1，STAT1)磷酸化增加，而在CD8T細胞亞群中未見到類似結(jié)果［10］。這說明HIV感染者CD4和CD8T細胞對于I型干擾素的反應(yīng)不同。CD4T細胞對I型干擾素應(yīng)答的增加可能破壞其穩(wěn)態(tài)和存活。長期暴露于I型干擾素可能導(dǎo)致該細胞庫耗竭，而CD8T庫不受穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)的影響，在抗原驅(qū)動和炎性反應(yīng)刺激物存在時進行擴增。

2.3 炎性反應(yīng)因子的作用

盡管在血漿HIV RNA檢測不到的情況下，抗病毒治療者仍然存在病毒持續(xù)存在和持續(xù)免疫激活的證據(jù)［18］。這些持續(xù)存在的HIV胞內(nèi)儲藏庫可能存在于一些解剖部位，如外周淋巴組織、胃腸道和中樞神經(jīng)系統(tǒng)。病毒載量小于50拷貝/mL的感染者中持續(xù)的免疫激活可能與這些病毒儲藏庫有關(guān)。與對照組相比，HIV感染者炎性反應(yīng)標志物IL-6、可溶性CD14和纖維蛋白原降解產(chǎn)物D二聚體的水平增加，這些因子水平較高者全因病死率的危險性增加。盡管這些患者病毒載量小于50拷貝/mL，肝臟、代謝、腎臟和心血管疾病的發(fā)病率仍較高，在停止抗病毒治療后，這些標志物的水平與HIV RNA水平直接相關(guān)，提示HIV感染時病毒載量、炎性反應(yīng)、凝血和終末器官損害之間的重要關(guān)系［19］。

3 細胞因子在HIV感染治療中的作用

3.1 γc-細胞因子與治療

γc細胞因子是一組含有共有γ鏈的細胞因子，包括IL-2、IL-4、IL-7、IL-15等細胞因子。對于 IL-2的研究［20］顯示，這種細胞因子可增加純真和中心記憶CD4T細胞的水平，但對CD8T細胞庫沒有太大影響。雖然在未經(jīng)抗病毒治療的患者中可誘導(dǎo)病毒血癥的暴發(fā)，但IL-2的使用與血漿病毒載量的升高沒有相關(guān)性。IL-2誘導(dǎo)的細胞與調(diào)節(jié)性T細胞相似。然而，Ⅲ期臨床試驗［21］顯示，IL-2沒有臨床益處。這一矛盾結(jié)果的原因尚不清楚，CD4T細胞增加所致的益處可能被IL-2“細胞因子風(fēng)暴”的不良反應(yīng)所抵消。最近的臨床研究［22］顯示，IL-7可誘導(dǎo)CD4和CD8T細胞增加。正如IL-2那樣，使用IL-7時可觀察到病毒血癥短暫波動。在非人靈長類SIV感染模型的研究［23］顯示，IL-15在急性SIV感染中可使SIV水平升高，而在慢性SIV感染中升高不明顯。值得注意的是，IL-15給藥的方式和療程對于免疫系統(tǒng)的影響截然不同，持續(xù)靜脈低劑量給藥與效應(yīng)記憶CD8T細胞水平增加100倍有關(guān)。

3.2 α干擾素與治療

α干擾素具有抗腫瘤和抗病毒作用。α干擾素用于艾滋病相關(guān)卡波西肉瘤的治療時，其臨床效果與患者的CD4T細胞計數(shù)直接相關(guān)，強烈提示這種抗腫瘤作用是免疫調(diào)節(jié)引起的，而非干擾素的直接抗腫瘤作用［24］。同樣，在用于早期HIV感染者時，α干擾素的抗病毒作用強于第1個抗反轉(zhuǎn)錄病毒藥物齊多夫定，再次提示α干擾素在早期HIV感染中具有顯著的免疫調(diào)節(jié)作用。α干擾素的抗病毒作用多見于CD4計數(shù)較高的患者，抗病毒的失敗并非與耐藥株的出現(xiàn)有關(guān)［25］。在這個意義上，α干擾素并非是一種經(jīng)典的抗病毒藥物。此外，α干擾素對于某些HIV感染者可能具有治療作用，但僅限于那些在治療時體內(nèi)α干擾素水平不高的患者。

總之，HIV感染者的免疫系統(tǒng)以免疫缺陷和免疫激活為特點，CD4T細胞庫減少，而CD8T細胞庫擴增。穩(wěn)態(tài)細胞因子如IL-7和前炎性反應(yīng)細胞因子如α干擾素在HIV感染致病和治療中發(fā)揮作用。這兩種細胞因子均為HIV感染潛在的治療藥物，IL-7可使CD4和CD8T細胞庫擴增。α干擾素已被FDA批準用于治療卡波西肉瘤，但其中的確切機制未明。進一步研究可促進我們深入了解細胞因子在健康和疾病中的作用，開發(fā)新的艾滋病治療策略。

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