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目的:
人类免疫缺陷病毒(human immunodeficiency virus,HIV)是引起获得性免疫缺陷综合征(acquired immune deficiency syndrome,AIDS)的病原体。人类免疫缺陷病毒(HIV)主要侵犯免疫系统的CD4+T淋巴细胞,造成机体免疫功能下降,最终因患各种机会性感染或肿瘤而死亡。近年来,HIV在男男性接触间的传播以惊人的速度蔓延,年增长率远远超过了其他高危人群,因此众多学者展开了针对经男男性接触者传播的HIV感染人群AIDS的发病、疾病进展等方面机制的研究,以此探索经男男性接触者传播的HIV感染人群中AIDS的预防、治疗等方面的信息。在HIV感染过程中,免疫系统一方面受到病毒感染的损害,细胞数量和功能发生变化,另一方面依旧发挥抗病毒的功能,抑制病毒复制。自然杀伤细胞(naturalkiller cell,NK)是天然免疫系统中的重要效应细胞,在控制肿瘤和微生物感染中发挥重要作用。NK细胞的主要功能是通过多种机制溶解杀伤靶细胞,例如:释放毒性颗粒;通过Fas配体介导靶细胞凋亡;抗体依赖的细胞毒作用(ADCC,antibodydependent cellular cytotoxicity),并且活化的NK细胞可合成和分泌多种细胞因子,发挥调节免疫、造血以及直接杀伤靶细胞的作用。
ADCC是在肿瘤或病毒特异性IgG抗体存在的条件下,NK细胞可通过表面CD16分子即IgG Fc受体(FcγRⅢ)介导,识别杀伤与IgG抗体特异性结合的肿瘤或者病毒感染的靶细胞。在HIV感染者中NK细胞介导的ADCC效应是否能够抑制病毒的复制,报道结果不尽相同。Gomez-Roman等人发现在HIV感染者中ADCC反应能够抑制病毒的复制,即HIV病毒的复制水平与ADCC效应成负相关。Dalgleish A等人发现HIV病毒的复制水平与ADCC效应两者之间无相关性。关于HIV原发感染阶段ADCC效应研究甚少,一篇文献报道推测了猿猴体内ADCC效应3周就会产生。关于HIV感染者NK细胞ADCC效应出现时间和较早出现ADCC效应对HIV疾病进展的影响,这些问题还需进一步探索。对于经男男性接触途径传播的HIV感染者(MSM) NK细胞ADCC应答的特异性抗原尚无报道,明确MSM中NK细胞ADCC应答的HIV特异性抗原表位,对于HIV疫苗研制具有重要意义。
为明确NK细胞ADCC效应在HIV感染中的特征,探索NK细胞ADCC效应在HIV感染者体内出现的时间以及针对MSM人群,标记出NK细胞ADCC效应识别的特异性线性抗原表位,本研究主要应用胞内细胞因子染色(ICS)技术,对原发、慢性及HAART治疗者的HIV感染者NK细胞ADCC效应进行研究,以此探讨其在HIV感染过程中变化情况,为艾滋病的预防以及疫苗的研究提供信息。
材料与方法:
一、研究对象
选取51例HIV感染者,来自中国医科大学附属第一医院红丝带门诊,以上HIV感染者均经男男性接触途径传播。根据感染阶段不同,分为HIV原发感染(primary HIV infection,PHI)组、慢性感染(Chronic HIV infection,CHI)组和高效抗逆转录病毒治疗组(Highly active antiretroviral therapy,HAART)。其中本研究的PHI人群平均感染时间为95天。
二、CD4+T细胞绝对值检测
将20μlBD公司CD4 FITC/CD8 PE/CD3 PerCP试剂加入绝对计数管中,逆向加样法加入50μl混匀的抗凝全血,室温避光15min,加入1×免洗溶血素450μl,室温避光15min,应用FACS Calibur流式细胞仪进行检测,MultiSET软件分析结果,得到CD4+T淋巴细胞的绝对值。
三、NK细胞ADCC功能的检测
将HIV感染者全血200ul、Env肽段5ug/ml或者gp1205ug/ml、Brefeldin-A1ul/ml(BD Cat.555029,USA)、 Monensin0.7ul/ml(BD Cat.554724,USA)于培养孔中混匀,在CO2培养箱中培养5小时。每个标本都设有阴性对照(无刺激物)和阳性对照PMA(Sigma,Cat.No.P-8139)和Ionomycin(Sigma,Cat.NO.Ⅰ-0634)终浓度分别为50ng/ml and1uM;将培养板中的细胞转移到流式管中,溶血,离心洗涤细胞两次,表面标志CD3、CD56染色;4℃避光染色30分钟,离心洗涤细胞;破膜后,进行胞内IFN-γ染色;用1%的多聚甲醛固定细胞;使用BD LSRⅡ流式细胞仪及BD FACSDiva TM软件检测并分析NK细胞分泌IFN-γ情况。为了测定无非特异ADCC反应,我们同时对10例HIV抗体阴性健康者进行了上述检测,其性别、年龄均与HIV感染者匹配,HIV抗体阴性,血常规及肝肾功正常,乙型肝炎表面抗原及抗丙型肝炎抗体阴性,无免疫系统疾病史。
通过NK细胞的活化程度来判定NK细胞ADCC效应,NK细胞ADCC效应阳性必须同时满足以下两个标准:第一,肽段或者gp120蛋白刺激后NK细胞分泌IFN-γ高于未刺激时的三倍;第二,用肽库刺激10例HIV阴性健康者全血中的NK细胞,得出刺激正常人全血中NK细胞分泌IFN-γ的均数和标准差,HIV感染者的NK细胞分泌IFN-γ要大于以上求得的均数加上两倍标准差之和。
四、定位NK细胞ADCC效应识别的HIV特异性线性表位
将NK细胞ADCC效应阳性的肽库采用矩阵的方法进一步拆分,最终确定出NK细胞ADCC效应识别的HIV特异性线性表位。
五、HIV病毒载量测定
采用Roche公司The COBAS(R) AmpliPrep(R)/C OBAS(R) TaqMan(R)HIV-1 Test试剂盒在COBAS(R) TaqMan(R)系统进行全自动PCR反应体系制备及病毒载量检测。
六、统计学分析
应用SPSS17.0软件包进行统计分析,所有数据以中位数表示,两组间实验指标的比较采用Mann-Whitney U检验,相关性分析采用Spearman秩相关检验,P<0.05为有统计学意义。
实验结果:
一、NK细胞对Env区肽段ADCC应答情况
在健康对照及HIV不同感染人群中,初步分析NK细胞ADCC效应,结果显示:在正常对照组中,NK细胞对HIV特异性肽段未产生ADCC应答,对各个肽库均数加上两倍标准差之和结果分别为:Pool1:0.37+2*0.41; Pool2:0.51+2*0.57;Pool3:0.40+2*0.32; Pool4:0.33+2*0.31; gp120:-0.04+2*0.154;根据这个标准,获得的结果为:20%的原发感染者(PHI)、47.6%的慢性感染者(CHI)、50%的抗HIV逆转录病毒者(HAART) NK细胞对gp120或至少1个HIV Env肽库产生ADCC应答。PHI组识别的特异性Env肽段分布比较广泛C1V1V2C2V3C3V4C4V5,CHI组识别的特异性Env肽段为C1V1V2C2V3C6C7,HAART组识别的特异性Env肽段为C1V1V2C6C7。
二、NK细胞ADCC应答与病毒载量和CD4+T细胞计数分析
本研究将肽段(提供抗原)和HIV感染者全血(NK细胞和抗体)共培养5h,采用胞内细胞染色方法,通过NK细胞活化后分泌IFN-γ来检测其ADCC应答有无,比较HIV感染者中NK细胞ADCC应答有无两组的病毒载量和CD4+T细胞计数是否有差异。结果显示:在HIV感染者(包括PHI、CHI、HAART)中,NK细胞ADCC应答组病毒载量明显低于无应答组(P=0.009),CD4+T细胞计数在两组间无差异(P=0.689);在原发感染者中,NK细胞ADCC应答有无两组的病毒载量和CD4+T细胞计数均无差异,但在HIV慢性感染者中,NK细胞ADCC应答组病毒载量明显低于无应答组(P=0.006),CD4+T细胞计数在两组间无差异(P=0.605),在HAART组中,NK细胞ADCC应答有无两组的病毒载量和CD4+T细胞计数均无差异
三、HIV感染者NK细胞ADCC效应与HIV感染时间的关系研究
感染天数和NK细胞ADCC应答的结果为51例HIV感染的患者中,19例NK细胞对gp120或者至少1个HIV Env肽库产生ADCC应答,其中NK细胞对gp120蛋白产生ADCC应答的时间为HIV感染24天,对Env肽段产生ADCC应答的时间为HIV感染的40天。根据HIV感染时间的长短,分析NK细胞ADCC效应与感染时间的关系。结果显示:HIV感染的时间与NK细胞ADCC效应呈正相关(P=0.017,R=0.334);按照感染时间<1年、1-3年、>3年分组,可见NK细胞ADCC效应在感染时间>3年组明显高于<1年的感染组(P=0.024),而感染时间在1-3年组与<1年组相比NK细胞ADCC效应无差异,与>3年组相比,NK细胞ADCC效应也无差异。
四、CD16分子在NK细胞的ADCC效应中作用研究
分析表达CD16分子NK细胞数量与NK细胞ADCC反应的相关性,以研究CD16分子在NK细胞的ADCC效应中作用,结果显示:HIV感染者NK细胞ADCC效应与表达CD16分子的NK细胞绝对计数成正相关(P=0.027,R=0.471)。
五、NK细胞ADCC效应识别的HIV病毒特异性抗原表位分析
HIV感染者NK细胞对HIV Env区不同肽池(每个肽池包括38-40个单肽)以及gp120蛋白ADCC效应初步分析,结果显示:在19例NK细胞ADCC应答中,有42.1%(8/19)识别Pool1,5.8%(3/19)识别Pool2,10.5%(2/19)识别Pool3,26.3%(5/19)识别Pool4,有47.4%(9/19)识别gp120。
NK细胞ADCC抗体识别HIV Env区特异性抗原表位的定位结果如下:第119号肽,位于gp41结合性环肽(NHR),对应序列为KIEPLGVAPSRAKLT;第27号肽,位于gp120(C1)区,相应的氨基酸序列是:TDIISLWDQSLKPCV;第41号肽,位于gp120(V2)区,相应的氨基酸序列是:SLFYKLDVVQINEKN;第10号肽,位于gp120(C1)区,相应的氨基酸序列是:VYYGVPVWKDAETTL;第14号肽,位于gp120(C1)区,相应的氨基酸序列是:CASDAKAYDTEVHNV。
结论:
1、HIV感染者中有ADCC反应组病毒载量低于无反应组,在慢性未治疗人群中差异明显,提示HIV感染者中NK细胞介导的ADCC反应可能是抑制病毒的复制的因素之一。
2、20%的原发感染者(PHI)、47.6%的慢性感染者(CHI)、50%的抗HIV逆转录病毒者(HAART)NK细胞对gp120或至少1个HIVEnv肽库产生ADCC应答,HIV早期感染者存在NK细胞对HIV gp120和Env肽段的ADCC效应,并且随着HIV感染时间的延长,ADCC反应逐渐增强。
3、首次标记出针对MSM人群NK细胞ADCC效应识别的5个HIV特异性线性抗原表(eg.VYYGVPVWKDAETTL)为抗HIV疫苗的研发提供设计思路。