人类免疫缺陷病毒感染的免疫发病机制

人类免疫缺陷病毒感染的免疫发病机制 关键词 人类免疫缺陷病毒 发病机制 临床过程 “获得性免疫缺陷综合征（AIDS） ”是人类免疫缺陷病毒（HIV）所致的一种严重的 感染性疾病。过去的十余年间，人们对 HIV 的分子生物学复杂性、HIV 感染后的临床过程 及该疾病的发病机制等方面的研究都已取得了重大进展。众所周知，HIV 在 AIDS 的发生 及进展中起主要作用。表现在感染后的 T 细胞每天可复制产生 1010 病毒粒子1，2 。原 发性 HIV 感染中，病毒血症导致病毒播散至淋巴器官，使淋巴器官内的微环境遭到破坏， 最终导致免疫系统再生能力严重受损。由于免疫系统不能彻底清除病毒，故引发慢性持续 感染状态，导致显著的免疫抑制。本综述旨在讨论 HIV 发病机制中，淋巴器官、病毒共受 体（corecepter ） 、病毒嗜性、病毒超抗原及病毒分子的作用。 1 HIV 感染的临床概况 1.1 HIV 感染的过程 大量感染 HIV 人群的诊断与治疗，已使人们对 HIV 感染的过程有 了较为全面的认识（见附图） 。通常可将 HIV 感染分为三个阶段，即：原发感染；临 床潜伏期；AIDS 阶段。 附图 典型的 HIV 感染和临床症状进展 1.1.1 原发感染 HIV 初次感染 36 周内，大多数患者（5070）表现出急 性类单核细胞增多症。在此期间，可检测到高水平的病毒血症。随后，大约在感 染后 1 周至 3 个月出现拮抗病毒的细胞及体液免疫反应。随着 HIV 特异性免疫反 应的出现，病毒血症在急性综合征消散后的数周至数月内显著改善或消失。然而， 这种免疫反应显然不能长期完全抑制病毒复制。所以，即便当血浆病毒血症及 HIV mRNA 难以检测到的时候，HIV 依然在淋巴结内长期复制。 1.1.2 潜伏期 初次感染 HIV 后，大多数患者进入长达数年的临床潜伏期。在此 期间，几乎所有患者都出现免疫系统的逐渐恶化，这主要反映在外周血 CD4细 胞的耗竭，而患者通常很少出现临床症状。 1.1.3 AIDS 阶段 此阶段的特征是，机体免疫系统的进行性恶化，最终进展到持 续存在的全身综合征和（或）机会性感染状态。此时出现的免疫抑制也是初发感 染时病毒播散及入侵淋巴器官之后一系列免疫反应的最终结果。 1.2 HIV 感染个体的临床分类 由于个体差异及 HIV 病毒的变异，HIV 感染后的 临床表现也各异。根据临床进展不同，HIV 感染个体可分为以下 3 类。 1.2.1 典型进展者 大多数 HIV 感染后个体（80）经历疾病进展的典型过程。 该过程包括一个最长可达 8 年的临床潜伏期。HIV 感染的数周后，患者病毒血症 减弱，同时伴随抗 HIV 的细胞及体液免疫反应。病毒清除与外周血出现抗 HIV 主 要组织相容性复合物-1 型限制型 CD8细胞毒性 T 细胞（CTLs）最密切相关3 。 CTLs 是 HIV 感染潜伏期对抗 HIV 的免疫反应中的主要淋巴细胞，并在清除感染 细胞及控制病毒数目中起主要作用。此外，HIV 特异性抗体在病毒清除方面也起 一定作用。但是，该抗体不能中和 HIV，对于出现的 HIV 变异株更是无能为力。 目前已发现病毒特异性 CTLs 对于急性感染病毒的清除及持续性感染的控制都 具有一定作用。感染早期，CTLs 的出现与病毒血症的消散有相关性。HIV 感染长 期不进展的患者表现 CTLs 高活性。 HIV-1 特异性 CTLs 能够识别病毒结构基因产 物（Env，Gag，Pol）及调节基因产物衍生的病毒抗原。由 CTLs 定义的表位以 Env，Gag ，及 Nef 蛋白为特征。除介导细胞毒性反应外，CD8细胞还可通过释 放可溶性因子抑制病毒复制而控制 HIV 感染。目前已发现由 CD8细胞产生的抑 制因子包括 MIP-1，RANTES 和 IL-6。这些因子的发现，在 HIV 的研究领域中关 于病毒受体及共受体方面开辟了一片新天地。 随着病程进展至 AIDS 期，免疫系统被广泛激活，这主要反映在血浆 noepterin、可溶性白介素受体、可溶性 CD8、2 微球蛋白水平升高及细胞因子释 放。就目前动态监测结果分析，IFN 在病程早期出现峰值。有人认为，细胞因 子模式从 Th1 型（IL-2、IFN）向 Th2 型（IL-4、IL-5、 IL-10）转换。然而这一 点目前尚有争议。随着病程进展，细胞免疫及体液免疫反应都随着疾病的进展而 严重削弱，导致细胞因子生成减少。通常状况下，CD4细胞计数500 个l 的个体没有临床症状，而 CD4细胞计数500 个l 的个体往往表现出全身症 状。进展至 CD4细胞计数200 个l 的 AIDS 期需要 810 年。AIDS 的主要 临床症状是持续而严重的全身症状及机会性感染或肿瘤发生率的增加。尽管上述 模式是最常见的，近来仍有证据表明，部分感染个体临床过程进展异常缓慢或迅 速。 1.2.2 不进展者 少数 HIV 感染个体（10）在很长的一段时间里可没有病情 进展，称不进展者。此类感染者通常 CD4细胞计数持续稳定于正常范围，且病 毒负荷较低（淋巴结内及外周血病毒负荷比急性进展者低 420 倍） ，淋巴组织也 保存较完好。 不进展者保持为临床无症状状态，并具有高水平的 CD8 CTLs、高水平的外 周血 CD8MHC 型限制性抗体及高水平的 HIV 抗体，并且其体内非 MHC 限制 性 CD8通常都具有很强的 HIV 抑制活性。有人报道，此类感染者可出现中和性 HIV 抗体或高度交叉反应性中和抗体（或二者）水平升高。病程不进展的原因尚 未明确，可能是因为感染的是低致病性和（或）HIV 缺陷株（nef 变异株） 4 ， 也可能是由于突变型 CCR2 和 CCR5 趋化因子受体为对抗 HIV 感染提供保护5 。 1.2.3 迅速进展者 115的 HIV 感染个体在初发感染 23 年内外周血 CD4T 细胞显著减少。这类患者主要特征包括：临床潜伏期很短或缺如、持续高 病毒负荷、长时期的急性病毒综合征、持续存在的全身症状、抗 HIV 蛋白抗体低 水平及中和抗体低水平或缺乏。与不进展者相比，此类个体记忆型 CD8 CTLs 细胞呈低水平。此外，迅速进展者还存在高水平的非中和性抗体。体外实验发现， 这种抗体能促进 HIV 的生长。 2 淋巴器官的作用 淋巴结内病变过程和病程进展关系可分为以下四个阶段：病毒播散；病 毒从外周血内清除；外周血内及淋巴结内病毒负荷与复制分离；外周血及淋 巴结内病毒负荷与复制再平衡。 2.1 病毒播散期 此期与初发 HIV 感染（病毒入侵 36 周）相对应。大多数个 体（5070）出现类似单核细胞增多症样临床综合征。血样筛选诊断 HIV 感 染结果可能是阴性，但可通过检测 P24 抗原血症或血浆 HIV RNA 进行诊断。在猿 免疫缺陷病毒（SIV）感染的动物模型中，淋巴器官与初发感染有关。感染后一周， 即可在外周血淋巴结检测到病毒。感染后第二周，随着病毒特异性免疫反应的出 现，具有产生病毒感染能力的 HIV 感染细胞减少。淋巴滤泡内大量生发中心形成， 滤泡树突细胞突触的网状结构内可检测到病毒 RNA 及胞外病毒粒子与抗体、补体 形成的复合物。随着 HIV 特异性细胞免疫反应及淋巴生发中心或网状内皮系统捕 获免疫复合物以清除病毒，具有复制病毒功能的感染细胞进一步减少，导致抗原 血症在感染后四周内消散。在这一阶段病毒复制水平显著下调。说明病毒复制的 指标下调与不同的 HIV 蛋白特异性抗体的出现时间相关。近来有研究表明，在此 期间，特异性细胞免疫反应，而非体液免疫反应，对于下调 HIV 病毒血症起到主 要作用。另一方面，体液免疫反应，可通过促进滤泡树突细胞网状结构机械性捕 获病毒颗粒而清除循环内游离病毒。 2.2 分离期 分离期对应的时间通常是 810 年的临床潜伏期，包括 CD4细胞 计数200 个l HIV 感染个体。在此期间，病毒学检查诸如 P24 抗原血症、血 浆及外周血感染病毒滴度都是低的。这种低病毒负荷与此阶段的特征包括 CD4 细胞数目及免疫功能的进行性下降不相符合。但近来发现，淋巴结内病毒负荷及 复制超过外周血 510 倍。淋巴结生发中心 25的 CD4T 细胞含有 HIV DNA。 淋巴结内及外周血内病毒负荷与复制的分离部分归因于暴露于病毒抗原后淋巴生 发中心内滤泡增生。HIV 感染细胞的隔离与病毒颗粒的捕获都与该分离有关。机 械性、免疫性和微环境机制联合作用导致 HIV 被局限于淋巴结内。淋巴结内微环 境有利于维持高水平的免疫激活。这样，免疫效应细胞之间的密切接触导致局部 炎性细胞因子高水平，其中包括：IFN、TNF、IL-6 等。这些都能有效地诱使 HIV 在感染细胞内复制。除此之外，HIV 感染细胞在淋巴结内分离也有助于这种 分离现象的出现。至少已报道两种分割区内含有感染性及活动性复制的病毒。有 些研究者发现。FDCs 细胞与 HIV 具有细胞外的联系。这类细胞尽管本身并没有 被病毒感染，却可以在穿过白细胞依赖区的淋巴滤泡时，把病毒传递给淋巴细胞。 近来研究结果还发现，感染的淋巴样 DCs 和粘膜郎罕细胞（LCs）都能有效地感 染 T 细胞。 2.3 平衡期 此期 CD4细胞200 个l。外周血病毒负荷迅速增加，导致外 周血与淋巴结房室达到平衡状态。至少有两种机制导致外周血与淋巴结房室内病 毒负荷的再平衡。其一是淋巴结内病毒捕获及 HIV 感染细胞隔离的丧失导致生发 中心细胞外病毒颗粒减少，血浆病毒血症的增加。另一种机制则与广泛的淋巴组 织变性致使丧失对病毒传播与复制的控制有关。在疾病的进展期，淋巴结构几乎 完全被破坏，从而导致严重的免疫抑制与机会性感染的可能性增加。 3 HIV 造成机体免疫缺陷的机制 3.1 病毒共受体及嗜性作用 HIV 的任何一株都能感染 CD4T 细胞，但从很多 初次的患者体内分离出的 HIV 株能够在单核细胞巨噬细胞系却不能在 T 细胞系 复制（嗜 M 性） ，与此相反，适应 T 细胞的 HIV 株能感染 CD4细胞却不能在单 核细胞巨噬细胞内有效复制（嗜 T 性） 。在原发感染初期，嗜 M 性（非合胞体 形成）病毒占优势，随后由嗜 T 性（合胞体形成）病毒所替代。这种嗜性是由 gp120 病毒外壳抗原的第三条可变区所决定的。近来，有研究表明，几种趋化因子 受体（7 个穿膜区的 G 蛋白伴随受体）可作为 HIV 的共受体，并能够决定病毒嗜 性特征。其中，CCR2 和 CCR5 基因突变而分别形成的 CCR2-64I、CCR5-32 在 延缓病程和抗 HIV 感染中的作用尤为引人瞩目6，7 。这些发现提示可能存在一 种模型，即：不同类型的受体与配体指导嗜 M 及嗜 T 型 HIV 株的传递和致病。这 些对于将来干预性治疗的意义尚有待于进一步探索。 3.2 CD4细胞耗竭的机制 大量的病毒表达与复制，贯穿 HIV 疾病全过程，其 细胞致病效应导致 CD4T 细胞耗竭及免疫功能的进行性恶化。HIV 诱发的细胞 病理学可能由 HIV 基因产物与宿主细胞相互作用引起，并可被分为两类：HIV 直 接介导的细胞致病机制和间接作用机制（附表） 。 附表 T 细胞耗竭的可能机制 T 细胞耗竭的机制分类 可能的机制 杀灭单个细胞 病毒出芽 细胞膜改变 病毒毒性产物 合胞体形成 gp120-CD4 HIV 介导的直接细胞致病作用 LFA-ICAM1 CTLs 介导的细胞溶解病毒特异性免疫反应 抗体依赖性细胞毒性反应 MHC 模拟丧失自身耐受性 自身抗体 移植物抗宿主反应 自身免疫反应 自身反应性 CTLs 逆病毒抗原 共同感染（coinfecting ）微生物抗原 FasFasL Bcl-2p53 超抗原细胞凋亡 细胞因子 3.2.1 HIV 的直接作用机制 HIV 可以通过积聚不完整的病毒 DNA 及抑制细胞蛋 白合成而介导单个细胞的灭亡。HIV 表达细胞与未感染的 CD4细胞的融合，而 形成合胞体或巨细胞的过程也可以导致数百个细胞的消灭。gp120 与 CD4分子 之间的相互作用是该过程的关键步骤。粘连分子白细胞功能相关抗原 1（LFA-1） 的 ， 链及细胞内粘附分子（ICAM）-1，2，3 也都与合胞体的形成与调节有 关。IL-4 能够通过增强 LFA-1-ICAM-1ICAM-2 的相互作用而显著增强 HIV 感染 的单核细胞聚集和巨细胞的形成。其他还发现 FPR-1，hsc70，肌动蛋白和 vimentin 也可以调节单核细胞聚集形成巨细胞的过程与 HIV 诱发的细胞融合。然 而，合胞体很少在体内形成，但研究发现，初发病毒分离物的出现与合胞体诱生 表型、CD4T 细胞的迅速减少及 HIV 疾病的进展具有相关性，这一点支持了合 胞体假说。此外，HIV 也可能间接地通过病毒特异性 CTL 反应导致免疫抑制8 。 3.2.2 间接作用机制 (1) 超抗原和自身免疫 超抗原是能够与 T 细胞受体 链可变（V ）区结合 并诱使表达特异性 V- 区域的 T 细胞广泛激活和扩增，从而导致表达特异性 V- 区域的 CD4细胞耗竭或无反应性的微生物抗原。目前认为，HIV 是一种超抗 原。HIV 病毒超抗原刺激可能诱使 T 细胞大量复制病毒，随之出现细胞的溶解。 HIV 发病机制的自身免疫模型是在观察到 HIV 蛋白与 MHC 抗原的相似性的 基础上建立起来的。HIV gp41 与 HLA型分子的 1 区域有相同的高度保守序 列，病毒的 gp120 模拟 MHC型重链上的一种单形表位。HIV 的 Nef 和 MHC 型的保守区也已引起注意。所以，gp120 和 gp41 能够模拟 MHC 产物并与 MHC 和（或）型有交叉反应性。根据这一理论，强烈的病毒表位与自身抗原之间的 分子相似性可能导致对自身 MHC 耐受的消失9 。从临床角度，HIV 发病机制中 自身免疫反应存在提示对 HIV 抗原的耐受而非免疫更有可能成为一种治疗方法。 然而，暴露于 HIV 以诱发 HIV 耐受与目前疫苗的研究方向完全相反。通过研究 HIV 感染的移植受体接受免疫抑制治疗以防止移植物排斥反应发现，免疫抑制可 能有助于延缓 HIV 病程进展。 (2)细胞凋亡 生理性细胞死亡，或称细胞编程死亡，发生于胚胎发育时期及 细胞更新时。细胞程序化死亡是以细胞凋亡为特征，即以核浓缩、核碎裂及核 DNA 断裂为特征的细胞死亡过程。当暴露于感染性因子后，T 细胞凋亡过程是一 种终止免疫反应的机制。 有研究表明，HIV 感染的个体，淋巴细胞由于细胞凋亡而引起的细胞死亡的 加速。通过表型分析也提示 HIV 感染中 CD4和 CD8细胞都存在凋亡现象 10 。 HIV 感染中，T 细胞凋亡加速的产生机制可能有以下几种：病毒基因产物： HIV gp120 与 CD4 之间的相互作用是诱导凋亡的强力促进因子，病毒 Vpr 基因 产物可以诱导凋亡。细胞因子：体内占有优势地位的淋巴因子反应主要包括， 外周血 TNF、IFN、IL-6、IL-10 水平升高。有证据表明，TNF 和 IFN 都 能促进 T 细胞凋亡。抗原呈递细胞（APC）：单核细胞巨嗜细胞和树突状细 胞是 HIV 重要的储备场所，可以提供 HIV-1 外壳蛋白以把 T 细胞作为靶细胞。已 有充分证据表明，在体外，APC 可能通过很多途径介导细胞凋亡。超抗原：据 悉，动物肿瘤逆转录病毒能够编码超抗原。但是，HIV 单独或是与其他微生物联 合感染而编码超抗原的程度尚有待进一步阐明。研究发现部分进展型 HIV 患者缺 乏特异性 V 细胞受体，从而对上述观点起到间接的支持作用。 总之，HIV 疾病的免疫发病机制是多因素、多阶段的，至今尚未完全明了。 研究 HIV 疾病中的淋巴组织的变化为理解其发病机制提供相当大的帮助。即便是 在潜伏期，淋巴器官内病毒复制也持续在高水平。原发感染后，病毒播散全身并 种植于淋巴组织，从而形成病毒的储藏所。最后，淋巴组织的结构被破坏，伴随 发生的是由于 CD4T 细胞耗竭而带来的免疫功能紊乱。个体 CD4T 细胞耗竭 的机制尚不清楚，尽管 HIV 本身具有直接或间接的细胞致病性，其他机制，诸如 细胞凋亡、自身免疫介导机制、CTL 介导的 T 细胞灭亡及超抗原刺激都可能是 T 细胞耗竭的协同作用因素。加深对于 HIV 感染个体 T 细胞耗竭的免疫机制的理解， 将为拟定有效的干预性治疗方案提供帮助。 作者简介：马 娜 南京大学医学院博士研究生 作者单位：马 娜 杨俊伟 南京军区南京总医院 解放军肾脏病研究所(南京， 210002) 参考文献 1 Chun 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