IP10對HIV/AIDS患者免疫激活作用的研究進展

林 鈴，曹 瑋，李太生

高效聯合抗反轉錄病毒治療（highly active antiretroviral therapy, HAART）使AIDS從一個不治之癥轉變為慢性感染性和炎癥性疾病，與高血壓、糖尿病一樣須要長期治療和控制。規律有效的HAART使得絕大部分HIV感染者體內病毒得到有效控制，免疫功能逐漸恢復[1]。然而，仍然有20%～30%的患者即使經過充分有效的抗病毒治療依然存在免疫重建不全，其重要原因之一是患者體內長期存在異常的免疫激活。

1 免疫激活

免疫激活是機體接受HIV等外來抗原刺激后產生的維持機體自我平衡穩態的代償機制之一。HIV感染人體后，在早期即可整合到宿主淋巴細胞的DNA中并長期存在，這是HIV感染者無法徹底治愈的原因，同時也是患者體內長期存在異常免疫激活的重要原因。除病毒儲存庫外，目前已經明確的免疫激活形成原因還包括：淋巴組織受損、腸道菌群異位、巨細胞病毒共感染等。異常免疫激活對HIV/AIDS患者造成的影響包括CD4+T細胞計數減少，HIV高復制狀態及受體嗜性改變，淋巴組織纖維化和膠原沉著，細胞表面黏附因子表達改變，調節性T細胞（regulatory T cells, Tregs）功能受抑，胸腺再生功能障礙，誘導多克隆B淋巴細胞早期轉換和大量凋亡以及淋巴組織生發中心的缺失。異常免疫激活可引起各種HIV相關非AIDS（HIV associated non-AIDS, HANA）并發癥：IL-6、超敏C反應蛋白、D-二聚體、人類白細胞抗原CD59等使HIV/AIDS患者罹患心血管相關疾病的風險增加；sCD163、干擾素-γ誘導蛋白10（interferon gamma-induced protein 10, IP10）、單核細胞趨化蛋白1（monocyte chemoattractant protein-1, MCP-1）、巨噬細胞炎癥蛋白等與HIV/AIDS患者出現神經系統認知障礙相關；人可溶性腫瘤壞死因子受體等增加了HIV/AIDS患者糖尿病的發生率；肺癌、胃癌、淋巴瘤等惡性腫瘤的發生也與HIV/AIDS患者體內慢性免疫激活及炎癥狀態相關[2-6]。有效的HAART使HIV/AIDS患者體內免疫激活水平呈下降趨勢，同時，病毒控制良好的患者若出現反彈，激活水平也往往先于血漿病毒載量升高而升高。

人體的免疫激活大致可分為體液免疫激活與細胞免疫激活。體液免疫激活表現為機體分泌各種促炎因子、凝血級聯因子水平升高，如超敏C反應蛋白、D-二聚體、纖維蛋白原、IL-6、sCD14、sCD163、MCP-1等。這些指標在HIV/AIDS患者體內可見明顯升高，但在其他疾病中也可見到異常升高，特異性較差。評價細胞免疫激活的指標有：CD4+/CD8+T細胞比值、人類白細胞DR抗原（human leukocyte antigen DR, HLA-DR）及CD38在T細胞表面表達水平以及Fas（CD95）、CD57、Ki-67、程序性死亡受體-1等。其中，HLA-DR及CD38在T細胞表面表達的百分比與疾病不同臨床階段相關，兩者在CD8+T細胞的表達對于疾病轉歸及預后意義更大。以上雖然都是評價HIV感染者體內免疫激活十分有效的指標，但由于改變比較緩慢，不適宜用于HIV/AIDS患者體內免疫激活的即時評價。T細胞計數及其功能可以有效地反映機體的免疫水平。CD4+T細胞計數是評價HIV/AIDS療效的主要指標之一，可間接反映免疫激活狀態，但恢復至正常值仍需要漫長的過程。目前沒有良好的臨床檢驗指標用于評價免疫激活的水平，以及判斷HAART療效、預后。趨化因子在HIV感染者中的作用早就引起了人們的關注，本文主要綜述趨化因子IP10對HIV感染者免疫激活的影響。

2 趨化因子IP10

趨化因子在HIV-1感染的免疫應答中發揮重要作用。IP-10是一種C-X-C趨化因子，經IFN-γ誘導后可由中性粒細胞、單核細胞、嗜酸性粒細胞、上皮細胞、內皮細胞、基質細胞等產生[7]。IP10通過結合趨化因子受體CXCR3發揮作用，募集多種CXCR3+細胞至淋巴結或局部組織［活化的T細胞、輔助性T細胞、Tregs、漿細胞樣樹突狀細胞（plasmacytoid dendritic cells, pDC）、單核細胞、NK細胞］[8]。CXCR3在IL-2激活的T細胞上選擇性高度表達，且是在活化的CD4+和CD8+T細胞中選擇性表達的惟一趨化因子受體，但在靜止的T細胞、B細胞、單核細胞或粒細胞中檢測不到。T細胞上單一受體的限制性表達和選擇性表明IP10參與淋巴細胞募集的調節[9]。

3 IP10對HIV感染進展的影響

目前研究發現影響HIV感染者疾病進展的因素主要涉及以下幾個方面[10]：免疫因素，包括T細胞的功能和計數，異常免疫激活水平；病毒因素，包括HIV載量、耐藥突變、趨化因子受體向性、病毒亞型和種族；宿主遺傳學，包括年齡、性別、傳播因素和心理社會因素在內的其他宿主因素。其中CD4+T細胞計數和病毒載量是病毒感染分期和疾病進展的重要評估指標。高血漿病毒載量，低外周CD4+T細胞計數與疾病進展速度之間存在密切聯系。然而，免疫激活的可溶標志物與疾病進展之間的關系仍然不確定。

研究表明，趨化因子作為免疫激活過程中的參與成分，在HIV感染機體之后的病程進展中可能扮演了一個十分重要的角色，其中，在疾病早期患者體內的IP10水平可能更有意義。盡管動物研究未完全揭示黑猩猩感染HIV-1后的防御機制，但Juompan等[11]比較了Yerkes隊列中HIV-1感染黑猩猩后的進展者與非進展者，發現除了上述CD4+T細胞計數、病毒載量及中和抗體的產生和濃度外，進展者體內循環的IP10和MCP-1水平較非進展者增加。有效的細胞免疫應答能夠減輕臨床癥狀，進而延緩HIV-1感染的黑猩猩出現疾病進展；反之，細胞免疫應答的進行性喪失則預示疾病進展，正如在有疾病進展動物體內所見。Jiao等[12]提出在早期HIV-1感染者中，血漿IP10與疾病快速進展有關，并且認為IP10是眾多細胞因子中惟一與HIV-1感染疾病進展呈正相關的細胞因子，且與HIV-1 Fiebig III-V期CD4+T細胞計數低于200個/μl密切相關。IP10作為HIV感染個體疾病快速進展的診斷標志物具有明顯的臨床意義。HIV感染早期的高IP10水平往往預示著感染者的疾病快速進展。但限于病例數量較少，仍須在大量患者樣本中驗證這一結論。

IP10可用于急性期篩選發熱的HIV血清抗體陰性個體，便于隨后用病毒載量診斷急性HIV感染。據部分實驗室報道，當IP10≥161.6 pg/ml時，其診斷HIV急性感染的靈敏度及特異度可達到95.5%及76.5%[13-14]。早期IP10水平不僅與CD4+T細胞計數相關，還與病毒的復制存在密切關聯。Lane等[15]證明了IP10可促進單核細胞來源的巨噬細胞和外周血淋巴細胞中的HIV-1復制，其作用機制與其他細胞激活信號如TNF-α等的機制截然不同，IP10主要作用于病毒復制過程，而非影響細胞的活化、增殖或對細胞活力造成影響。中和內源性IP10或阻斷其受體CXCR3的功能則可以減少這些細胞中的HIV-1復制。IP10也被證明可以增強靜息純真CD4+T細胞對HIV感染的敏感性[16]。

4 IP10對免疫功能的影響

人體的細胞免疫功能是對抗病毒入侵的主要防御機制。HIV在體內的靶細胞主要是CD4+T細胞，細胞表面CD4分子的第一結構域為HIV結合的主要位點。HIV感染機體后引起CD4+T細胞計數下降的機制至今仍不明確，可能是由于病毒直接作用或間接作用導致CD4+T細胞產生減少、破壞增加及再分布的綜合結果。雖然HAART可以有效抑制患者體內的病毒復制，但病毒感染相關的長期慢性炎癥激活卻能引起各種HANA并發癥的發生。慢性炎癥激活表現為感染者體內炎性生物標志物和趨化因子的上調。

抗病毒治療前后，HIV感染者體內的IP10均會出現不同程度的升高。感染不同階段的個體體內血清IP10水平高低順序大致如下：健康人＜HIV感染后精英控制者（elite controller, EC）[17]≤HAART患者＜HIV控制者（HIV controller, HIC）[18]＜未治療的感染者[19-20]。其中EC與HIC分別為未經抗病毒治療而血漿病毒載量持續低于50 copies/ml及400 copies/ml的感染個體。Ramirez等[21]研究發現，暴露于IP10的外周血單個核細胞（peripheral blood mononuclear cell, PBMC）分泌IFN的能力顯著降低。內環境中IP10的存在使得HIV感染者即使經過有效HAART，其免疫細胞產生IFN的能力仍顯著下降。更多研究顯示：IP10刺激也顯著降低T細胞增殖能力。除此之外，IP10還會導致體內IL-10的水平顯著降低， IL-6的水平升高。上述研究均提示IP10能夠從不同層面抑制T細胞免疫應答。Ramirez等[21]研究同時表明，IP10相關的T細胞功能下降可能是鈣信號傳導途徑異常的結果，同時也是p38磷酸化蛋白表達下降的結果。

針對HIC的研究為IP10在HIV感染中的作用提供了更多思路。研究發現，HIC患者體內具有更高水平的細胞毒性T淋巴細胞。而CD8+T細胞的細胞毒作用是機體在接受病毒抗原刺激之后產生的針對HIV的特異性免疫應答。CD8+T細胞脫顆粒并產生細胞毒素對于控制HIV復制極其重要。在體內阻斷IP10 24 h后，有功能的CD8+T細胞數量緩慢增加[21]。研究發現，在對HIC的系列病毒及免疫檢測中，其體內的IP10水平與健康人和病毒血癥患者相比差異最為顯著，并且與CD8+和CD4+T細胞活化標志物的表達呈正相關[19，22]。基線時期的IP10水平與病程進展12個月后CD4+T細胞計數呈負相關[19]。Liovat等[23]同樣發現HIV感染早期IP10水平升高預示著CD4+T細胞迅速下降，并且能夠在一定范圍內預測調定點處（急性感染后6個月）CD4+T細胞計數的變化。在Rodger等[24]監測的眾多炎癥因子中，IP10是較好地評價CD4+T細胞快速減少的獨立預測指標。綜上所述，IP10對HIV感染者免疫功能造成一定影響，不僅與CD4+T細胞計數快速減少有關[25]，同時影響CD4+與CD8+T細胞的功能[26]。

5 IP10與病毒儲存庫

病毒儲存庫是在HIV早期感染（primary HIV infection, PHI）[27]期間建立的，這一時期病毒復制活躍，預估的傳播風險比慢性期高26倍[28]。現已證實，PBMC中總HIV-1 DNA水平與HIV急性期及慢性感染期間的免疫激活標志物相關[29-30]。最近的研究表明，表達CXCR3的CD4+T細胞具有較高的感染率[31]，這些細胞在HIV感染者中可對HIV-1 DNA進行同種異體富集[32]。CXCR3+CD4+T細胞是HIV的主要靶細胞之一[32]，而CXCR3為IP10的受體，可以推測IP10通過促進CXCR3+細胞轉運吸引HIV靶細胞從而促進新一輪感染并建立病毒儲存庫[33]。Ploquin等[34]研究發現IP10水平與細胞相關的HIV-1 DNA密切相關，在眾多炎癥標志物中，IP10與PBMC中總HIV-1 DNA呈正相關，與IL-18的相關性次之。Khoury等[32]指出整合有HIV-1 DNA的記憶CD4+T細胞的頻率與細胞上CXCR3表達正相關。

性傳播是HIV感染的一個主要且常見的方式，尤其是男男同性之間的性傳播已逐漸成為新發感染的主要途徑。HIV-1經性傳播的風險與生殖器分泌物中的HIV-1 RNA載量相關。精液HIV-1 DNA負荷與血液IP10水平呈正相關。PHI患者中，對于蛋白免疫印跡法可檢測到兩個條帶以上的患者，其精液HIV-1 DNA水平與IP10水平正相關，但在只能檢測到一個條帶或檢測不到條帶的患者中，精液HIV-1 DNA水平與IP10不存在這種相關性[35]。PHI期間，未治療患者精液中HIV-1 RNA載量很高，但仍低于血液，提示在此期間，精液中的HIV儲存庫開始逐漸建立，與血液IP10水平存在穩定的聯系，且形成了區室化[36]，但精液的儲存庫建立晚于血液中的儲存庫。

6 IP10與HIV相關非AIDS并發癥

隨著抗病毒治療的覆蓋率不斷擴大，直接死于AIDS相關原因疾病的患者比例正在逐漸下降，而死于非AIDS相關原因疾病的患者比例卻在逐年上升，如代謝綜合征、心腦血管系統疾病、慢性肝腎疾病、炎癥性自身免疫性疾病以及非AIDS相關腫瘤。發生HANA并發癥的根本原因是異常炎癥狀態的持續存在。IP10的存在及水平與多種HANA并發癥的發病密切相關。據報道，冠狀動脈性心臟病（coronary artery disease, CAD）患者血液中CXCR3+淋巴細胞的百分比顯著增加，其血漿IP10濃度也高于對照組[37]。IP10-CXCR3軸可通過調節效應T細胞、Tregs的募集和平衡，促進動脈粥樣硬化發生[38-39]。IP10水平高的HIV/AIDS患者罹患心血管疾病的風險明顯升高[40]。此外，IP10與FIB-4水平呈正相關，FIB-4是評價肝纖維化的指標，表明IP10在HIV感染者肝纖維化的過程中發揮了作用[41]。IP10也被證明與HIV感染者眼部炎癥的發生相關[42]。

目前，研究最多的是IP10與HIV/AIDS患者神經系統疾病之間的關系。HIV感染人體后不久，能夠穿透血液腦脊液屏障[43]，最終導致中樞神經系統的HIV相關并發癥。HIV不直接感染人的神經元細胞，故HIV感染相關的神經系統損傷是由活化的膠質細胞釋放的促炎細胞因子和趨化因子的間接作用結果[44]。星形膠質細胞經過病毒/病毒蛋白激活后開始增生，釋放幾種不同的細胞因子和趨化因子，包括神經毒性趨化因子IP10。IP10對神經的毒性包括直接和間接作用[45]。IP10通過啟動神經元中鈣依賴性細胞凋亡途徑的激活來施加直接毒性[46]。間接地，IP10能夠產生趨化梯度，促使外周炎癥細胞向大腦部位趨化聚集，從而增加局部神經炎癥[45]。對HIV相關性癡呆（HIV-associated dementia, HAD）患者的腦組織檢查顯示星形膠質細胞的IP10 mRNA表達增加[46]，提示IP10水平與HAD進展呈正相關[47]。也有研究證明HIV-1 Tat可以通過還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（nicotinamide adenine dinucleotide phosphate, NADPH）氧化酶增加IFN-γ和 TNF-α刺激的人星形膠質細胞中的IP10表達[48]。除了其促炎細胞因子IFN-γ和TNF-α的協同誘導外，IP10也可以直接由HIV-1的gp120、Nef和Tat誘導[49]。此外，在IFN-γ和TNF-α存在的情況下，與細胞因子本身相比，Tat能夠增強IP10的表達。這種增強作用導致參與細胞因子協同誘導IP10的關鍵轉錄因子NF-κB和STAT-1a的激活[50]。Song等[51]的研究同樣證明了HIV誘導星形膠質細胞中的氧化應激可以調控處于NF-κB控制之下的靶基因，該基因是負責IP10誘導的基本轉錄因子之一。然而，通過中和抗體阻斷IP10活性無法將神經元毒性逆轉為對照水平。故可能存在其他被刺激的星形膠質細胞釋放的神經毒性因子，如MCP-1和/或IL-6，對神經元產生毒性；而NADPH氧化酶抑制劑夾竹桃麻素能夠降低這種反應，最終維持神經元健康[36]。

7 總 結

IP10的存在與HIV感染的建立、發病、進展等各個階段密切相關（IP10在HIV感染中作用見圖1）。HIV感染機體前，體內的高IP10水平與HIV感染機體后CD4+T細胞的損傷相關，提示IP10可以提高HIV的易感性。HIV感染機體后，IP10水平與感染者體內病毒載量呈正相關，與CD4+T細胞計數呈負相關。急性HIV感染是血清轉化前的時期，具有病毒高復制和高傳播潛力的特征，可出現如發熱、乏力等非特異性癥狀，IP10可作為評價指標之一，聯合病毒載量進行HIV感染的診斷。經過有效的HAART后，病毒完全抑制，IP10水平與CD4+T細胞計數仍呈負相關。較之病毒RNA和CD4+T細胞計數，IP10可以成為更好的預測AIDS進展的指標。PHI期間，若IP10水平較高，預示疾病進展更快。IP10參與了PHI期間病毒儲存庫的形成，與血液中HIV-1 DNA呈正相關，這些結果為HIV感染者選擇治療時機與方式提供了一個新思路。不僅如此，IP10影響患者體內淋巴細胞數量與功能，有效地降低IP10水平或許可以提高免疫細胞功能，尤其是針對免疫重建不全人群。HIV相關的神經系統并發癥已經被證明與IP10明確相關，從而為預防相關疾病的發生及治療提供了新的可能。鑒于IP10在HIV感染者中的重要作用，需要更多研究明確IP10在HIV感染中的作用機制，進一步為干預體內IP10水平，改善HIV感染的臨床預后及治療結局奠定基礎，為AIDS功能性治愈取得進一步進展。

圖1 IP10在HIV 感染中的作用Figure 1 Role of IP10 in HIV infection