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1 2023年HIV研究进展第3期 2023-08-31

人类免疫缺陷病毒(human immunodeficiency virus,HIV),即艾滋病(AIDS,获得性免疫缺陷综合征)病毒,是造成人类免疫系统缺陷的一种病毒。1983年,HIV在美国首次发现。它是一种感染人类免疫系统细胞的慢病毒(lentivirus),属逆转录病毒的一种。HIV通过破坏人体的T淋巴细胞,进而阻断细胞免疫和体液免疫过程,导致免疫系统瘫痪,从而致使各种疾病在人体内蔓延,最终导致艾滋病。由于HIV的变异极其迅速,难以生产特异性疫苗,至今无有效治疗方法,对人类健康造成极大威胁。 自上世纪八十年代以来,艾滋病的流行已经夺去超过3400万人的生命。据世界卫生组织(WHO)统计,据估计,2017年,全世界有3690万人感染上HIV,其中仅59%的HIV感染者接受抗逆转录病毒疗法(ART)治疗。目前为止HIV仍然是全球最大的公共卫生挑战之一,因此急需深入研究HIV的功能,以帮助研究人员开发出可以有效对抗这种疾病的新疗法。为阻止病毒大量复制对免疫系统造成损害,HIV感染者需要每天甚至终身服用ART。虽然服用ART已被证明能有效抑制艾滋病发作,但这类药物价格昂贵、耗时耗力且副作用严重。人们急需找到治愈HIV感染的方法。 生物谷小编梳理了一下近期生物谷报道的HIV研究方面的新闻,供大家阅读。 1.Nat Biotechnol:肠道微生物组可增加HIV和EBV的感染风险和疾病严重程度 doi:10.1038/s41587-023-01906-5 在过去的十年中,肠道微生物组引起了人们的极大兴趣。近期的研究已表明,肠道中的细菌和其他微生物在免疫、新陈代谢、消化以及抵御试图入侵我们身体的“坏细菌”方面发挥着辅助作用。然而,在一项新的研究中,来自美国北卡罗来纳大学医学院的Angela Wahl博士、Balfour Sartor博士和J.Victor Garcia博士及其同事们肠道微生物组可能并不总是抵御人类病原体。他们首次使用了一种没有肠道微生物组(无菌)的精密动物模型,结果表明肠道微生物组对爱泼斯坦-巴尔病毒(Epstein-Barr virus,EBV)和人类免疫缺陷病毒1型(HIV)感染有重大影响,并在疾病过程中发挥作用。相关研究结果于2023年8月10日在线发表在Nature Biotechnology期刊上,论文标题为“A germ-free humanized mouse model shows the contribution of resident microbiota to human-specific pathogen infection”。 Wahl说,“这些发现首次提供了直接证据,表明常驻肠道菌群对两种不同的人类特异性病原体感染的建立和病理过程有重大影响。” 为了实现这一发现,Wahl和Garcia需要创建一种模拟人类免疫系统的“人源化(humanized)”的小鼠模型来进行他们的研究。一旦暴露于病毒中,这种人源化模型就能像人类一样复制病毒,并可用于研究。但是他们需要更进一步。Wahl和Garcia需要将传统的人源化小鼠模型与没有肠道微生物组(无菌)的小鼠模型进行比较。这就意味着,他们需要在世界上首次构建一种人源化、无菌的小鼠模型。 2.Nat Commun:科学家揭示HIV-1感染和机体神经变性之间的神秘关联 doi:10.1038/s41467-023-40000-x 巨噬细胞和小胶质细胞中HIV-1的复制往往涉及在细胞内组装并出芽形成修饰后的多泡体(MVBs,multivesicular bodies)亚群,其能支持病毒的持续存在和扩散;然而,目前研究人员对调节HIV-1囊泡复制背后的细胞因子知之甚少,最近,研究人员识别出淀粉样前体蛋白(APP,amyloid precursor protein)或能作为巨噬细胞和小胶质细胞HIV-1复制的一种抑制剂,但其背后的分子机制,研究人员并不清楚。 近日,一篇发表在国际杂志Nature Communications上题为“HIV-1 promotes ubiquitination of the amyloidogenic C-terminal fragment of APP to support viral replication”的研究报告中,来自美国西北大学Feinberg医学院等机构的科学家们通过研究揭示了HIV如何劫持细胞内过程从而来进行增殖并促进神经变性发生的。 此前研究结果表明,淀粉样前体蛋白(APP)会在巨噬细胞和小胶质细胞中高水平表达,并会限制HIV-1的复制,为了抵消这种限制,HIV-1会促进APP的加工,最终导致促进HAND发生的毒性β淀粉样蛋白的产生。β淀粉样蛋白的积累被认为是多种痴呆症相关疾病中神经变性的主要诱因,包括阿尔兹海默病等,但β淀粉样蛋白如何以及为何会在HIV感染的患者机体中产生,以及其如何促进HAND,一直是一个谜题。在当前研究中,研究者Naghavi及其同事开始着手识别出APP抗病毒功能背后的分子机制,他说道,我们解决了这些问题,并通过深入揭示HIV-1在特定免疫细胞类型中复制的独特一面,这或许就连接了疾病生物学的第二个基本问题。 研究者Naghavi及其同事发现,APP的加工处理过程发生在多泡体亚群中,而多泡体亚群是HIV-1复制所必需的。在正常情况下,淀粉样蛋白产生过程会将这些多泡体进行分拣到溶酶体中,溶酶体是细胞中废弃物处理的一种细胞器,其能清除淀粉样蛋白并抑制HIV-1的复制,为了应对这种情况,HIV-1就必须将多泡体从溶酶体中分拣到支持其复制的细胞外途径中,但同时也增加了β-淀粉样蛋白的分泌。基于这一研究发现,研究人员利用一种临床获批的APP加工通路的抑制剂来处理培养的细胞,结果发现,其能成功阻断HIV-1进入多泡体中,从而抑制小胶质细胞和巨噬细胞中的病毒复制过程。研究结果表明,这一途径或许能作为HIV相关的神经认知障碍的潜在治疗性靶点。 3.Nat Commun:新研究揭示HIV侵入T细胞的细胞核的新途径 doi:10.1038/s41467-023-40227-8 在一项新的研究中,来自美国托罗大学和德国德累斯顿工业大学等研究机构的研究人员发现了人类免疫缺陷病毒(HIV)进入健康T细胞的细胞核的新途径,这种病毒可以在那里复制并继续入侵其他细胞。他们还确定了这种病毒进行入侵细胞核所需的三种蛋白:外核膜蛋白VAP-A、高度磷酸化的ORP3和Rab7,并进而合成了能够靶向其中一种蛋白的分子(潜在药物),从而有可能开发出治疗艾滋病的新疗法。相关研究结果于2023年8月10日发表在Nature Communications期刊上,论文标题为“HIV-1-induced nuclear invaginations mediated by VAP-A,ORP3,and Rab7 complex explain infection of activated Tcells”。 此前研究结果表明,淀粉样前体蛋白(APP)会在巨噬细胞和小胶质细胞中高水平表达,并会限制HIV-1的复制,为了抵消这种限制,HIV-1会促进APP的加工,最终导致促进HAND发生的毒性β淀粉样蛋白的产生。β淀粉样蛋白的积累被认为是多种痴呆症相关疾病中神经变性的主要诱因,包括阿尔兹海默病等,但β淀粉样蛋白如何以及为何会在HIV感染的患者机体中产生,以及其如何促进HAND,一直是一个谜题。在当前研究中,研究者Naghavi及其同事开始着手识别出APP抗病毒功能背后的分子机制,他说道,我们解决了这些问题,并通过深入揭示HIV-1在特定免疫细胞类型中复制的独特一面,这或许就连接了疾病生物学的第二个基本问题。 研究者Naghavi及其同事发现,APP的加工处理过程发生在多泡体亚群中,而多泡体亚群是HIV-1复制所必需的。在正常情况下,淀粉样蛋白产生过程会将这些多泡体进行分拣到溶酶体中,溶酶体是细胞中废弃物处理的一种细胞器,其能清除淀粉样蛋白并抑制HIV-1的复制,为了应对这种情况,HIV-1就必须将多泡体从溶酶体中分拣到支持其复制的细胞外途径中,但同时也增加了β-淀粉样蛋白的分泌。基于这一研究发现,研究人员利用一种临床获批的APP加工通路的抑制剂来处理培养的细胞,结果发现,其能成功阻断HIV-1进入多泡体中,从而抑制小胶质细胞和巨噬细胞中的病毒复制过程。研究结果表明,这一途径或许能作为HIV相关的神经认知障碍的潜在治疗性靶点。 3.Nat Commun:新研究揭示HIV侵入T细胞的细胞核的新途径 doi:10.1038/s41467-023-40227-8 在一项新的研究中,来自美国托罗大学和德国德累斯顿工业大学等研究机构的研究人员发现了人类免疫缺陷病毒(HIV)进入健康T细胞的细胞核的新途径,这种病毒可以在那里复制并继续入侵其他细胞。他们还确定了这种病毒进行入侵细胞核所需的三种蛋白:外核膜蛋白VAP-A、高度磷酸化的ORP3和Rab7,并进而合成了能够靶向其中一种蛋白的分子(潜在药物),从而有可能开发出治疗艾滋病的新疗法。相关研究结果于2023年8月10日发表在Nature Communications期刊上,论文标题为“HIV-1-induced nuclear invaginations mediated by VAP-A,ORP3,and Rab7 complex explain infection of activated Tcells”。 通过研究血清中广泛中和抗体水平特别高的特定“治疗后控制者”病例中抗体的作用,这些作者发现病情缓解可能与这类抗体的活性有关。Hugo Mouquet描述了这一发现:“我们的研究首次在治疗后控制者身上描述了靶向HIV-1包膜蛋白的广泛中和抗体(bNAb)家族,其中抗体EPTC112是最活跃的成员之一。”抗体EPTC112能中和体外测试的200种HIV-1病毒变体中约三分之一的变体,并能在自然杀伤(NK)细胞(消灭体内异常细胞的免疫细胞)存在的情况下诱导消灭受感染的细胞。 因此,这项新的研究为了解中和抗体如何改变来自VISCONTI队列的这名产生EPTC112的患者体内的HIV-1感染过程提供了重要信息。虽然在该患者体内循环的HIV-1病毒由于该抗体靶向的区域中的突变而对EPTC112中和产生了抵抗力,但从该患者血液中分离出的其他抗体群体却能有效中和该病毒。因此,这项研究表明,来自EPTC112家族的中和抗体对HIV-1病毒施加了选择性压力。 5.Science子刊:证实宿主限制因子ProTα可在体内抑制HIV感染 doi:10.1126/scitranslmed.adg0873 在一项新的研究中,来自美国沃尔特-里德陆军研究所等研究机构的研究人员证实了以前针对HIV-1的宿主限制因子的研究成果。他们详细介绍了组学(omics)如何在寻找治疗策略时揭示相关性。相关研究结果发表在2023年8月2日的Science Translational Medicine期刊上,论文标题为“Single-cell transcriptomics identifies prothymosinαrestriction of HIV-1 in vivo”。 这些作者利用单细胞转录组学(single-cell transcriptomics)确定了在14名HIV-1感染者的细胞中活跃的蛋白。他们通过将患者的基因表达与单个细胞内的HIV-1 RNA数量相关联,缩小了称为宿主限制因子(host restriction factor)的潜在抗病毒蛋白列表的范围。这些蛋白是人体先天免疫系统的一部分,能识别并干扰病毒复制周期的特定步骤,从而阻止感染。 这些作者还对血浆病毒载量最高的一名参与者进行了测序比较,结果发现HIV-1 RNA的转录与编码ProTα(prothymosinαlpha)的基因PTMA的表达成反比。这一关联随后在这项初始研究之外的另外28名参与者中得到了验证。体外过表达ProTα证实,这种细胞因子能抑制HIV-1的转录和传染性病毒的产生。 6.Lancet子刊:临床试验表明一种新的HIV治疗制剂有望安全有效地治疗HIV感染儿童 doi:10.1016/S2352-3018(23)00107-8 在一项新的研究中,来自美国科罗拉多大学安舒茨医学园区的研究人员帮助确认了一种用于治疗感染人类免疫缺陷病毒(HIV)儿童的药物制剂的剂量、安全性和有效性。他们揭示了一种新的分散制剂和一种含有三种药物---度鲁特韦(dolutegravir)、阿巴卡韦(abacavir)和拉米夫定(lamivudine)---的速释片剂,在单一固定剂量组合(fixed dose combination,FDC)制剂中,对治疗HIV感染儿童是安全、耐受性良好和有效的。根据血液中每种药物的浓度来给药也是合适的。相关研究结果发表在2023年8月的Lancet HIV期刊上,论文标题为“Pharmacokinetics,safety,and tolerability of dispersible and immediate-release abacavir,dolutegravir,and lamivudine tablets in children with HIV(IMPAACT 2019):week 24 results of an open-label,multicentre,phase 1–2 dose-confirmation study”。 论文通讯作者、科罗拉多大学安舒茨医学园区药学与制药科学学院助理教授Kristina Brooks博士说,“这是首款含有度鲁特韦的FDC制剂,可用于体重在13到88磅之间的儿童。针对儿童的HIV治疗历来具有挑战性,因为它需要使用多种药片和液体,而这些药片和液体的味道并不总是最好的,而且给药也具有挑战性。” 度鲁特韦、阿巴卡韦和拉米夫定已在全球范围内被证明是安全有效的HIV治疗药物。Brooks和Jennifer Kiser药学博士通过国际母婴青少年艾滋病临床试验(International Maternal Pediatric Adolescent AIDS Clinical Trials,IMPAACT)网络与一组研究人员合作,研究现有的速释片剂和含有这三种药物的分散释放片剂的新配方,看是否会产生他们在成人和青少年身上看到的同样积极的结果。 7.Nature:揭示一种基因变异与一部分非洲血统人群中较低的HIV水平有关 doi:10.1038/s41586-023-06370-4 在一项新的研究中,一个国际研究小组发现了一种基因变异,它可能解释为什么一些非洲血统的人天生就有较低的HIV病毒载量,从而降低了他们传播这种病毒的风险并减缓了自身病情的发展。这是近30年来研究发现的首个与HIV感染有关的新基因变异。未来,它可能有助于指导为HIV感染者开发新的治疗方法。相关研究结果于2023年8月2日在线发表在Nature期刊上,论文标题为“Africa-specific human genetic variation near CHD1L associates with HIV-1 load”。 我们对DNA与HIV之间关系的了解大多来自对欧洲人群的研究。但鉴于HIV对非洲大陆的人群的影响尤为严重---超过2500万HIV呈阳性的人生活在非洲大陆,因此更好地了解遗传学在非洲人感染HIV中的作用非常重要。 为了研究这个问题,这些作者分析了近4000名非洲裔HIV-1感染者的DNA。他们在1号染色体上含有CHD1L基因的区域内发现了一种基因变异,该基因变异携带者的病毒载量会降低。据认为,4%到13%的非洲裔人携带这种特殊的基因变异。 8.JCI Insight:新研究揭示HIV感染者体内的记忆CD4+T细胞容易死亡机制 doi:10.1172/jci.insight.167329 在一项新的研究中,法国国家科学研究所的Simona Stäger教授及其研究团队在人类免疫缺陷病毒(HIV)研究领域取得了突破性进展。他们发现了记忆CD4+T细胞(在免疫反应中发挥重要作用的免疫细胞)在HIV感染者体内容易发生细胞死亡的机制。相关研究结果近期发表在JCI Insight期刊上,论文标题为“The TLR7/IRF-5 axis sensitizes memory CD4+T cells to Fas-mediated apoptosis during HIV-1 infection”。 这些作者发现,记忆CD4+T细胞中的TLR7受体和IRF5转录因子的表达量较高,这代表了这些细胞中的分子印记使它们容易发生细胞死亡。他们的研究结果还表明,IRF-5抑制肽可以阻止这种细胞死亡倾向。他们观察到的分子印记是慢性炎症环境的结果。因此,这项研究的结果可能会对以严重炎症环境为特征的其他慢性传染病产生影响。 9.Science子刊:从结构上揭示HIV整合酶对度鲁特韦产生耐药性机制 doi:10.1126/sciadv.adg5953 度鲁特韦是临床上用于治疗人类免疫缺陷病毒(HIV)感染的最有效的抗病毒药物之一。在一项新的研究中,来自美国国家卫生研究院和索尔克研究所的研究人员发现了HIV对度鲁特韦产生耐药性的分子机制。具体而言,他们揭示了一种称为整合酶(integrase)的HIV蛋白的三维结构变化如何导致这种病毒对度鲁特韦产生耐药性,以及其他化合物如何可能能够克服这种耐药性。相关研究结果发表在2023年7月21日的Science Advances期刊上,论文标题为“Mechanisms of HIV-1 integrase resistance to dolutegravir and potent inhibition of drug-resistant variants”。 在这项新的研究中,这些作者构建了一些整合酶蛋白的变异版本,已知这些变异会使HIV对度鲁特韦产生耐药性。然后,他们确定了每种突变整合酶的结构,揭示了为何度鲁特韦不再能结合并阻断每种整合酶突变版本。他们还评估了这种病毒的“适应性”(产生传染性后代的能力)和酶的活性,以更好地了解导致患者产生耐药性的原因。 这些作者还测试了一种实验性艾滋病药物4d在阻断度鲁特韦耐药性整合酶蛋白功能方面的疗效。4d是Lyumkis在美国国家卫生研究院的合作者开发的新一代整合酶靶向药物,目前正在进行临床前动物实验。他们发现,在所有HIV整合酶变体中,4d仍能有效阻断HIV将它的基因整合到人类细胞中的能力。这表明4d或这种化合物的变体可能有效地用于治疗对度鲁特韦产生耐药性的患者体内的HIV病毒。 10.Nat Commun:科学家揭示免疫逃逸HIV蛋白复合体的特殊结构 doi:10.1038/s41467-023-39796-5 如今,科学家们一直致力于揭开HIV中A3G-Vif相互作用的基础,其二者之间的相互作用是HIV逃避机体抗病毒先天性免疫反应的关键机制。HIV-1能通过与其它病毒感染因子(Vif,viral infectivity factor)的结合来中和宿主机体的细胞防御。 近日,一篇发表在国际杂志Nature Communications上题为“Structural insights into RNA bridging between HIV-1 Vif and antiviral factor APOBEC3G”的研究报告中,来自冲绳科学技术大学院大学等机构的科学家们通过研究利用冷冻电子显微镜技术揭示了APOBEC3G-Vif复合体的原子结构。 研究者Matthias Wolf说道,APOBEC3G(A3G)是人类先天性免疫系统用来抵御入侵病毒的关键组分,其就好像特洛伊木马一样能进入出芽的病毒颗粒中,这样其就能在所感染的细胞中病毒进行逆转录后修饰并失活病毒的DNA。然而HIV-1已经进化出了一种以Vif蛋白形式存在的抵抗机制,其能通过与A3G结合并对其进行降解来抑制这一过程的发生,从而成功扩增感染性的病毒颗粒。 这项研究的一个独特之处在于,其首次揭示了这种复合体的形成或许是由特定的RNA序列所介导的,尽管单链DNA是A3G的降解底物,其蛋白结构能被优化为具有更高的溶解度,并且能在体外复制A3G泛素化的降解途径,A3G泛素化是一种能将泛素多泛素化转移到靶向蛋白的过程,其在多种生理学功能中都非常重要。 11.PNAS:科学家发现有望治疗HIV感染的新型潜在靶点 doi:10.1073/pnas.2219475120;doi:10.1073/pnas.2219543120 近日,两篇发表在国际杂志Proceedings of the National Academy of Sciences上题为“Neutral sphingomyelinase 2is required for HIV-1 maturation”和“Inhibition of neutral sphingomyelinase 2impairs HIV-1 envelope formation and substantially delays or eliminates viral rebound”的研究报告中,来自约翰霍普金斯大学医学院等机构的科学家们通过对携带人源化免疫系统的小鼠及人类细胞系进行研究后,识别出了一种特殊的酶类或在HIV复制的后期阶段中扮演着关键作用。 这种名为中性鞘磷脂酶2(nSMase2,neutral sphingomyelinase-2)的酶类在机体脂质(细胞中天然存在的脂肪)代谢过程中扮演着重要角色,当nSMase2被阻断或剔除后,所产生的HIV就会表现地形状怪异,且并不能成熟和具有感染性。最终,抑制HIV所感染细胞中的nSMase2的功能或会导致被感染的细胞发生死亡,如今研究人员开发出了一类能阻断nSMase2的新型抗逆转录病毒化合物,其不仅能抑制HIV的复制,还能杀死被感染的细胞,并有望提高其治疗HIV感染的潜力。 HIV-1是能攻击宿主机体免疫系统并导致AIDS发生的最常见HIV类型,该病毒能控制并破坏特定的白细胞,包括CD4+T细胞,目前尚没有治愈HIV的疗法,但抗逆转录病毒疗法则能抑制病毒的复制并防止其进展为AIDS;但是如果患者停止服药的话,病毒就会再次开始复制,由于病毒需要一层保护膜才能感染其它细胞,这些研究就将注意力集中到了产生这种“病毒包膜”的生物学特性和活性上。研究者Norman Haughey教授说道,HIV的基因组非常小,因此为了进行自我复制,其就会拦截各类细胞机制,中性鞘磷脂酶2就是这种劫持机制中的一个重要环节,研究者发现其对于HIV进行正常的复制是非常必要的。 12.Science子刊:广泛中和抗体治疗可减少一些HIV-1感染儿童体内的HIV-1病毒库 doi:10.1126/scitranslmed.adh0004 在一项新的研究中,来自美国哈佛大学陈曾熙公共卫生学院、布莱根妇女医院和拉根研究所等研究机构的研究人员发现了一种潜在的更好的替代标准抗逆转录病毒药物(ART)治疗来控制HIV-1复制,并对控制HIV-1病毒库有额外的好处。相关研究结果发表在2023年7月5日的Science Translational Medicine期刊上,论文标题为“Broadly neutralizing antibody treatment maintained HIV suppression in children with favorable reservoir characteristics in Botswana”。在这篇论文中,他们详细介绍了一项针对非洲博茨瓦纳出生的HIV-1感染儿童的前瞻性临床试验。 在这项新的研究中,两种广泛中和抗体(broadly neutralizing antibody,bNAb)---VRC01LS和10-1074---被给予自出生起就接受标准ART治疗并持续治疗至少96周的HIV-1感染儿童。这两种bNAb每四周静脉注射一次,与ART治疗重叠至少8周,然后继续治疗24周或直到在没有ART治疗的情形下HIV-1 RNA升至每毫升400拷贝以上。 这些作者发现,接受bNAb治疗的HIV-1感染儿童具有更有利的HIV-1病毒库特征。虽然不能治愈,但它确实表明该疗法能中和部分强化的病毒载量,从而降低这种病毒在未来的重新感染能力。 13.ACS Nano:科学家开发出一种能直接测定HIV病毒载量的新型数字检测技术 doi:10.1021/acsnano.3c01917 一毫升血液中包含大约15个单独的血滴,对于HIV感染者而言,每滴血液中可能含有的病毒数量从不到20个拷贝到超过50万个拷贝不等,其被称之为病毒载量,这一指标能被被临床医生用来理解AIDS患者对抗病毒药物如何产生反应及监测其疾病的潜在进展。在病人接受治疗的过程中,比较耗时的病毒载量检测常常需要重复多次,近日,一篇发表在国际杂志ACS Nano上题为“STAMP-Based Digital CRISPR-Cas13a for Amplification-Free Quantification of HIV-1 Plasma Viral Loads”的研究报告中,来自宾夕法尼亚州立大学等机构的科学家们通过研究开发出了一种时间和成本效益较高的数字检测手段,其或能直接测定患者一滴血液中是否存在HIV病毒。 据研究者介绍,这种新型的数字检测技术能为多种感染性疾病的临床诊断工具开发提供重要的基础,传统的HIV病毒载量检测往往涉及从样本中提取遗传物质,对其进行扩增并与参考样本进行比较;称之为RT-PCR的金标准测试手段能对实际的病毒载量进行接近地估计,但其并不是一种直接的测定,于是研究者Guan等人在他们进行的测试中采取了一种更为直接的手段,名为STAMP(通过自动膜分离的自我数字化技术,Self-digitization Through Automated Membrane-based Partitioning),该技术相比RT-PCR更便宜、快速且需要的血液量较少。 研究者Guan说道,该技术的工作原理是这样的,我们首先从患者的血液中提取少量样本,随后对病毒RNA进行抽提,再讲RNA与名为Cas13的特定蛋白相混合,而Cas13是CRISPR系统的关键部分。CRISPR-Cas13是一种革命性的工具,其能帮助研究人员靶向作用并操控RNA序列;这项研究中,研究人员利用这项技术并不仅仅因为其具有强大的编辑能力,而是其诊断潜能,他们利用CRISPR-Cas13来检测并发出HIV存在的信号。 一旦RNA与Cas13进行结合的话,研究人员就会在混合物中放置一种纳米孔聚碳酸酯膜,其是一种非常容易获得的较薄的过滤器,这或许就使其能成为一种具有成本效益的材料。这种膜的纳米孔如此之小以至于其能将混合物分割成为仅含有单个RNA分子的单一液滴,该分子上还附着有Cas13蛋白,如果HIV存在于RNA分子中的话,Cas13蛋白(能被HIV的RNA所激活)就会切割报告分子,从而产生研究人员能检测到的信号分子。研究者指出,通过计算显示这种信号的液滴的数量,我们就能确定个体血液中HIV的水平,即携带这种信号的液滴的数量越多,病毒载量水平就越高。 查看详细>>

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2 2023年HIV研究进展第1期 2023-02-01

人类免疫缺陷病毒(human immunodeficiency virus,HIV),即艾滋病(AIDS,获得性免疫缺陷综合征)病毒,是造成人类免疫系统缺陷的一种病毒。1983年,HIV在美国首次发现。它是一种感染人类免疫系统细胞的慢病毒(lentivirus),属逆转录病毒的一种。HIV通过破坏人体的T淋巴细胞,进而阻断细胞免疫和体液免疫过程,导致免疫系统瘫痪,从而致使各种疾病在人体内蔓延,最终导致艾滋病。由于HIV的变异极其迅速,难以生产特异性疫苗,至今无有效治疗方法,对人类健康造成极大威胁。 自上世纪八十年代以来,艾滋病的流行已经夺去超过3400万人的生命。据世界卫生组织(WHO)统计,据估计,2017年,全世界有3690万人感染上HIV,其中仅59%的HIV感染者接受抗逆转录病毒疗法(ART)治疗。目前为止HIV仍然是全球最大的公共卫生挑战之一,因此急需深入研究HIV的功能,以帮助研究人员开发出可以有效对抗这种疾病的新疗法。为阻止病毒大量复制对免疫系统造成损害,HIV感染者需要每天甚至终身服用ART。虽然服用ART已被证明能有效抑制艾滋病发作,但这类药物价格昂贵、耗时耗力且副作用严重。人们急需找到治愈HIV感染的方法。 生物谷小编梳理了一下近期生物谷报道的HIV研究方面的新闻,供大家阅读。 1.PNAS:科学家发现开发新型HIV疗法的潜在细胞靶点 doi:10.1073/pnas.2217476120 HIV的基因表达受到了HIV转录激活子Tat、宿主转录因子和染色质重塑复合体的组合活性的调节。近日,一篇发表在国际杂志Proceedings of the National Academy of Sciences上题为“The chaperone protein p32 stabilizes HIV-1 Tat and strengthens the p-TEFb/RNAPII/TAR complex promoting HIV transcription elongation”的研究报告中,来自佛罗里达大学等机构的科学家们通过研究发现了一种特殊蛋白,其似乎在帮助HIV在人类免疫细胞中复制过程中扮演着关键角色,这或许就提供了相关线索来揭示细胞机器如何促进病毒进行自我复制。 这种洞察力并不仅仅是科学上的好奇,名为p32的蛋白质或许有一天有望成为开发维持HIV休眠并使其无害的新型药物的潜在靶点,这或许有望最终从本质上治愈HIV感染所引起的AIDS。研究者Susana Valente表示,p32是拼图的一部分,本文研究为理解HIV的复杂性又增加了一个新的层面,我们需要识别出这些能帮助HIV自我复制的未知因素,最终有一些因素在未来或许能成为药物的作用靶点。 研究者Valente开始创造出了一种名为“阻断并锁定”(block and lock)的功能性治愈策略,这种方法能在不清除病毒的前提下阻断休眠细胞中HIV的再激活,从而就能将其锁定在静息状态下;这就是另一种名为Tat蛋白发挥作用的地方;Tat蛋白是一种调节性蛋白,其能增强病毒复制的细胞装配线从而能让其传播并感染更多的细胞,如果消除Tat蛋白的话,你或许就能将HIV锁定的一种永久性的休眠状态。如果没有Tat,机体就会拥有一种非常脆弱的病毒;p32还能与Tat相互作用并帮助稳定它,这就能让p32成为一种与Tat一样好的靶点,p32还能作为一种枢纽为与HIV复制相关的其它蛋白进行停靠,其能基本稳定整个复合体。 早年间,研究人员发现,从一种海洋海绵中分离出的天然分子—皮质抑素A(cortistatin A)具有破坏Tat活性的强大能力,其能促使HIV处于休眠状态,这项最新研究中,研究者还证实,皮质抑素A还能干扰Tat与p32之间的相互作用;“阻断并锁定”并不是清除HIV,病毒仍然会存在,研究者只是让其像无害的内源性逆转录病毒一样处于睡眠状态,而无害的内源性逆转录病毒在体内占到了8%的比例。这些逆转录病毒是机体古老的病毒片段,其已经整合到了人类机体的遗传代码中,但经过数千年的时间其已经变得毫无用处,就好像废品站中的一辆破旧汽车一样。 2.Nat Commun:原本抗病毒的APOBEC3蛋白竟促进HIV进入潜伏状态 doi:10.1038/s41467-022-35379-y 在分子水平上了解HIV潜伏对于消除这种导致免疫缺陷综合征(AIDS,俗称艾滋病)的病毒祸害的努力至关重要。潜伏感染细胞库(也成为HIV病毒库)---HIV以一种无声的待机模式隐藏并持续存在于受感染患者的体内---是抗逆转录病毒治疗(ART)从未消灭这种病毒的原因。简而言之,这些潜伏的HIV病毒库是治愈这种疾病的最大障碍。 如今,在一项新的研究中,来自加拿大渥太华大学和西安大略大学的研究人员描述了一个违反常规的发现,这是一个可能改变该领域游戏规则的发现。它有可能为HIV治愈研究指明前进的方向。他们的研究结果表明,一个长期以来被认为是纯粹抗病毒物质的宿主蛋白家族有时也帮助潜伏的HIV在患者体内找到安全港湾。相关研究结果于2023年1月10日发表在Nature Communications期刊上,论文标题为“Antiretroviral APOBEC3 cytidine deaminases alter HIV-1 provirus integration site profiles”。 在这个始于2016年的项目中,渥太华大学医学院病毒学者Marc-AndréLanglois博士和他的合作者使用前沿技术和测试方法,描述了一个名为APOBEC3的宿主编码蛋白家族的影响。这些蛋白拥有强效地让病毒DNA发生突变的能力,并限制HIV等逆转录病毒以及其他类型的病毒。但他们的最新发现表明,这些蛋白还可以在它们的传统的进化作用之外发挥另一种作用,而且并不总是对患者有利。 Langlois博士说,“我们展示了一种新的机制,通过这种机制,HIV可以成为潜伏病毒---它可以通过作用于旨在保护我们的宿主蛋白而成为潜伏病毒。但事实上,这些蛋白最终可以帮助这种病毒在体内保持隐蔽性。” 3.Nature:新研究揭示HIV感染的CD4 T细胞病毒库的HIV沉默和细胞存活特征 doi:10.1038/s41586-022-05556-6 在一项新的研究中,来自美国国家过敏与传染病研究所和加州大学旧金山分校等研究机构的研究人员开发出一种定制的微流控技术,能够直接在体外对HIV感染细胞进行无偏见的检测和基因表达分析。这种技术被称为通过核酸检测和测序对细胞进行聚焦探究(focused interrogation of cells by nucleic acid detection and sequencing,FIND-seq),在油包水液滴中分离出数百万个细胞,以便立即裂解,然后进行聚腺苷化RNA序列回收,再根据HIV DNA检测进行分选。这种方法从含有静止病毒的细胞中分离出整个转录组,不需要体外潜伏期逆转,从而捕捉到这些细胞在自然状态下的全转录组图谱。相关研究结果于2023年1月4日在线发表在Nature期刊上,论文标题为“HIV silencing and cell survival signatures in infected Tcell reservoirs”。 在这项新的研究中,这些作者利用FIND-seq在长期接受ART治疗的HIV感染者中分析含有HIV gag DNA---包括完整的病毒序列和有缺陷的病毒序列的HIV感染细胞库的一种标志物---的CD4记忆T细胞的宿主基因表达模式。他们的研究结果揭示了独特的转录组特征,有助于解释HIV感染的CD4 T细胞在病毒复制受到抑制的情况下仍能持续存在,突出了在HIV治愈方面取得进一步进展的重要机会。 这些作者发现接受ART治疗的HIV感染者血液中的含有HIV前病毒的CD4记忆T细胞(下称HIV-DNA+CD4记忆T细胞)显示出六种转录组途径受到抑制,包括死亡受体信号传导、坏死信号传导和抗增殖的Gα12/13信号传导。此外,通过网络共表达分析确定的两组基因与HIV-DNA+CD4记忆T细胞显著相关。这些基因(n=145)仅占测量的转录组的0.81%,包括在HIV-DNA+CD4记忆T细胞中较高的HIV转录负调控因子,在HIV-DNA+CD4记忆T细胞中较低的HIV转录正调控因子,以及参与RNA处理、mRNA翻译负调控以及细胞状态和命运调控的其他基因。 4.Nature:新研究揭示HIV病毒库细胞如何抵抗人类免疫反应的消除 doi:10.1038/s41586-022-05538-8 感染后不久,HIV-1通过在体内形成病毒库(viral reservoir)---感染了HIV但不积极产生新病毒的细胞,从而建立起终身感染。抗逆转录病毒疗法(ART)降低了血液中的HIV水平,但是一小部分感染这种病毒的细胞会无限期地存在,使HIV感染成为一种不治之症。那些能够在停止ART治疗后重新触发感染的细胞极其罕见,而且直到现在还没有被识别和表征。 在一项新的研究中,来自美国国家过敏与传染病研究所、拉根研究所和麻省总医院的研究人员报告了允许对单细胞进行多维表征(单细胞蛋白基因组分析)的新技术的应用,研究了直接从HIV-1感染者身上分离的HIV病毒库细胞。通过这种新的技术方法,他们发现了标志性的表面标志物,这可能解释了一些HIV病毒库细胞如何能够长期存在并抵抗宿主的免疫反应。这一发现可能为未来治愈HIV感染的策略提供参考。相关研究结果于2023年1月4日在线发表在Nature期刊上,论文标题为“Phenotypic signatures of immune selection in HIV-1 reservoir cells”。 论文通讯作者、哈佛医学院医学教授Mathias Lichterfeld博士说,“高通量单细胞测序如今使我们能够精确地研究极少数受感染细胞的表面特征,尽管接受了ART治疗,这些细胞仍能终身存在,并且在停止治疗后会促进HIV反弹。有了这些知识,我们就能了解它们的易感性和脆弱性,并能开发出靶向这些细胞的定制免疫反应。” 5.The Lancet HIV:终身抗逆转录病毒疗法或能阻断HIV的母婴传播风险 doi:10.1016/S2352-3018(22)00289-2 联合国艾滋病规划署(UNAIDS)估计坦桑尼亚的HIV垂直传播率较高,高达11%,尽管感染HIV的孕妇对抗逆转录病毒疗法的接受率为84%。近日,一篇发表在国际杂志The Lancet HIV上题为“Vertical HIV transmission within 18 months postpartum among women on lifelong antiretroviral therapy for HIV in Dar es Salaam,Tanzania:a prospective cohort study”的研究报告中,来自瑞典卡罗琳学院等机构的科学家们通过研究发现,抗病毒药物几乎完全降低了母亲将HIV病毒传播给后代的风险,即使在坦桑尼亚这样一个HIV高发的低收入国家也是如此,这一研究发现或为实现WHO关于消除HIV母婴传播的目标带来了一定的希望。 据联合国艾滋病规划署估计,在坦桑尼亚的HIV阳性的母亲所生的孩子中,有11%的后代会在子宫内、分娩时或通过母乳感染HIV,但根据最新研究显示,这一数字很可能在现实中要低得多;文章中,研究人员对来自达累斯萨拉姆市超过1.3万名HIV阳性的孕妇进行分析,这些女性在2015-2017年间通过妇产科护理接受了抗病毒疗法,研究人员在其分娩对其进行了为期18个月的追踪,即当大多数女性停止母乳喂养时。当研究人员分析这些女性所生育的后代时,他们发现,在超过1.3万名孩子中,仅有159名孩子在1.5岁时感染了HIV,考虑到误差范围,这意味着其感染的风险仅有1.4%。 研究者表示,在孕晚期寻求护理或HIV晚期的女性中,其后代发生感染的风险会是两倍以上,相反,那些在怀孕时已经接受过HIV治疗的女性中,其后代发生感染的风险仅有0.9%。研究者Goodluck Willey Lyatuu说道,从原则上来讲,利用现代抗病毒药物能完全阻断HIV从母亲传播到后代机体中,但截止到目前为止,这一点在非洲HIV感染率较高的低收入国家中尚未得到证明。WHO的目标是消除HIV感染的母婴传播通道,自从2012年以来,科学家们提出了新的建议,包括所有感染HIV的孕妇都应该开始进行终身的抗病毒疗法,这或许就会让母婴之间感染的风险在资源匮乏的国家开始发生急剧下降的趋势。 然而,改进HIV的早期诊断,优化随后的措施并未年轻母亲提供专家支持依然很重要,这项研究或许存在一定的局限性,而这些挑战在第资源卫生系统中或许是非常典型的,比如不完整的随访和数据缺失,以及相关的风险因素(与HIV相关的污名化)很少或从未进行过常规调查。研究者表示,这是非洲发表的关于HIV母婴传播风险最大的一项队列研究,其中对婴儿的追踪调查直至其母乳喂养期结束。 6.Science:重大进展!首次通过在人体中接种疫苗诱导针对HIV的广泛中和抗体前体分子产生 doi:10.1126/science.add6502 人们通常认为为了使HIV疫苗广泛有效,它必须刺激人体产生能够中和一系列HIV病毒毒株的抗体,即广泛中和抗体(bnAb)。如今科学家们说,他们已经朝着这个方向迈出了重要的一步。 在一项新的初步研究中,来自美国国家过敏与传染病研究所、斯克里普斯研究所、弗雷德-哈金森癌症研究中心和华盛顿大学等研究机构的研究人员发现一种实验性HIV疫苗能够诱导产生针对HIV的bnAb抗体所必需的人体免疫系统反应。这是首次证实一种疫苗能够在人类身上做到这一点。相关研究结果发表在2022年12月2日的Science期刊上,论文标题为“Vaccination induces HIV broadly neutralizing antibody precursors in human”。 这项新的研究以48名健康成年人为研究对象,这些参与者接受了两剂实验性HIV疫苗或者两剂安慰剂(非活性物质)。在36名接种这种实验性HIV疫苗的参与者中,35人显示罕见的产生针对HIV的bnAb抗体前体分子的称为B细胞的免疫细胞大幅增加。这一成就是“概念上的证明”,表明一种疫苗有可能诱发这种反应。 这项新研究测试的一种实验性HIV疫苗被称为eOD-GT8 60mer。它是一种能引起免疫反应的工程化免疫原。它被设计用来刺激和扩大某些罕见的有潜力产生抗击HIV的bnAb抗体的B细胞。 在接受这种实验性HIV疫苗的36名志愿者中,没有任何安全问题。除了一个人之外,所有的人都表现出了这些作者寻找的免疫反应。McElrath和Kelley都说,这是一个必要的步骤。但是这只是一个复杂过程中的第一步。 7.Acta Pharmaceutica Sinica B:Rumbrins的生物合成及其对发现HIV抑制剂的启示 doi:10.1016/j.apsb.2022.02.005 近日,来自中国医学科学院与北京协和医学院的研究者们在Acta Pharmaceutica Sinica B杂志上发表了题为“Biosynthesis of rumbrins and inspiration for discovery of HIV inhibitors”的文章,该研究丰富了对真菌PKSS非常规起始单位的认识,并为基因组挖掘指导药物发现提供了一种新的策略。 研究自然界如何在基因水平上产生具有化学和生物多样性的天然化合物,为发现新的天然产物甚至其生物靶标提供了灵感。聚酮鲁布林是一种脂质过氧化生成和钙积累的抑制剂,它含有氯化的吡咯部分,这是真菌天然产品中罕见的化学特征。本研究通过异源表达、化学互补和同位素标记等手段,鉴定了牛膝DSM3193的生物合成基因簇(BGC)rum 1及其异构体12E-umbrin,并阐明了它们的生物合成途径。 研究者发现Rumbrins是由一个高度还原的聚酮合成酶(HRPKS)组装而成的,它独特地结合了一个由脯氨酸衍生的吡咯基CoA存储单元,然后经过甲基化和氯化。序列前体引导的生物合成能够产生一组伦布林类似物。值得注意的是,受人类免疫缺陷病毒(HIV)-Nef相关基因在RUM簇中存在的启发,研究者预测并在药理学上证明了Rumbrins将在纳摩尔水平上成为HIV的有效抑制剂。 8.Cell Rep:新发现!HIV感染或会在体内细胞中留下长期的记忆! doi:10.1016/j.celrep.2022.111674 尽管抗逆转录病毒疗法已经使得HIV感染成为了一种可控的疾病,但HIV感染者经常会遭受慢性炎症的困扰,这或许就会增加其患诸如心血管疾病和神经认知功能障碍等疾病的风险,从而影响其寿命和生活质量。近日,一篇发表在国际杂志Cell Reports上题为“Extracellular vesicles carrying HIV-1 Nef induce long-term hyperreactivity of myeloid cells”的研究报告中,来自乔治华盛顿大学等机构的科学家们通过研究解释了HIV感染者机体发生慢性感染的原因,以及对机体HIV的抑制甚至剔除或许无法解决这些问题。 这项研究中,研究者解释了特殊的HIV蛋白如何以一种引起宿主机体免疫细胞对其它病原体过度反应的方式来永久性地改变宿主机体的免疫细胞,当这种蛋白质被引入到免疫细胞中时,细胞中与炎症相关的基因就会被开启表达,即使当HIV蛋白不在细胞中存在时,这些促炎性基因也会持续表达;研究者表示,这种原始HIV感染的“免疫学记忆”或许就是HIV感染者更容易受到长期炎症影响的原因了,这会增加其患心血管疾病和其它并发症的风险。 研究者Michael Bukrinsky教授说道,这项研究强调了临床医生和患者认识到到抑制甚至消除HIV并不会消除其出现危险疾病或并发症风险的重要性;患者和其一生仍然应该讨论如何减少其机体的炎症反应,而研究人员也应该继续深入研究寻找潜在的治疗性靶点来帮助减少HIV感染患者的机体炎症和并发症风险。 9.Nat Microbiol:识别出隐秘的HIV躲避宿主机体免疫力和药物靶向作用背后的分子机制 doi:10.1038/s41564-022-01264-z 当病毒进入细胞并开始反转录后,未能发生整合的HIV-1前病毒就会被表观遗传化沉默,但其背后的机制,研究人员并不清楚;近日,一篇发表在国家杂志Nature Microbiology上题为“Epigenetic silencing by the SMC5/6 complex mediates HIV-1 latency”的研究报告中,来自杜克大学等机构的科学家们通过研究发现,一种可能发生进化并帮助抵御感染的机体免疫反应似乎是驱动HIV进入潜伏状态的分子机制,其潜伏在细胞中是为了重新爆发;相关研究结果或为研究人员提供了线索来揭示到底是什么样的过程能使得HIV特别隐蔽,但同时又在其它病毒感染过程中扮演着关键角色。 研究者Bryan R.Cullen博士说道,HIV感染被证明是无法治愈的,因为有少量潜伏的HIV感染的T细胞并不会被抗病毒药物和机体免疫反应所触及;这些细胞的寿命很长,且能自发地从潜伏状态出现,甚至在感染数年后才会开始产生HIV,因此患者必须终身服用抗逆转录病毒的药物。本文研究为研究者提供了重要的见解,并指出了名为SMC5/6的特殊蛋白复合体或许参与到了宿主细胞的染色体功能维持和修复过程中。 HIV进入机体后会感染免疫系统的CD4+T细胞,随后会制造一个基因组长度的DNA分子,并整合到宿主细胞的染色体中,并在那里复制,且产生病毒RNAs和蛋白质。如果这种所谓的DNA前病毒被阻止整合到宿主细胞的DNA中(比如被一种阻断该过程的药物所阻止),那么其就无法制造出任何病毒RNAs和蛋白质,并会变得具有惰性,相反,能够进行整合的DNA前病毒通常能够驱动有成效的HIV感染。 研究者Cullen等人发现,在一小部分受感染的细胞中,SMC5/6蛋白复合体能够开启一种特殊过程,在DNA整合到宿主细胞染色体之前就沉默DNA前病毒,这些前病毒甚至在整合之后依然会保持惰性,并会导致潜伏感染,从而在促使其爆发为主动感染之前就一直处于较低态势。研究者指出,本文研究结果表明,潜伏的结果并不是来自于感染HIV的任何内在特性,而是来自于细胞先天性免疫反应的一个不幸的副作用,这种反应或许就是为了沉默外来入侵的外源DNA而进化来的。 10.Cell Rep:揭示HIV-1逃避宿主机体免疫系统攻击的新机制 doi:10.1016/j.celrep.2022.111624 近日,一篇发表在国际杂志Cell Reports上题为“HIV-1 Vpu restricts Fc-mediated effector functions in vivo”的研究报告中,来自蒙特利尔大学等机构的科学家们通过研究发现,用来研究非中和性抗体抵御HIV功效的病毒类型或许具有关键的作用。文章中,研究人员通过对人源化小鼠进行研究首次发现,病毒蛋白Vpu的表达对于促进受感染细胞躲避机体名为抗体依赖性细胞介导的细胞毒作用(ADCC,antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity)的消除机制至关重要。 这一机制在科学文献中已经得到了很好的记录,其能被非中和性抗体用来摆脱被病毒所感染的细胞;为了开发一种能抵御HIV-1的新型疫苗,全球很多实验室都研究产生了相同类型的抗体来预防机体感染HIV。如今,全球有数百万人都感染了HIV-1,而且其机体中拥有非中和性抗体,尽管如此,这一疾病仍然未能被有效消除,如果这些抗体能变得有效的话,为何其没有正常发挥作用呢? 研究者Finzi表示,我们观察到,在某些实验室的实验中所修饰的HIV-1并不会表达Vpu蛋白,然而,在自然发生的病毒中,该蛋白实际上在感染细胞中扮演着保镖的角色,一旦其表达的话就会允许自我复制,并通过躲避宿主机体免疫系统的监视来更好地保护自己。事实上,研究者发现,通过在受感染的细胞中表达Vpu蛋白,非中和性抗体或许就在体内很难识别这些细胞,因此,这些细胞就选择了躲避ADCC的反应。 随后研究人员通过对接受非中和性抗体的人源化小鼠进行研究证实了这一观察,相比被自然发生的病毒感染的动物而言,仅被Vpu未表达的病毒所感染的动物观察到了机体病毒载量的下降,这一观察结果与研究人员此前进行的研究得到了相互印证。早在2013年,研究者Andrés Finzi等人就通过研究发现,受感染的细胞能被保护免于ADCC反应,因为病毒的包膜在Vpu和蛋白质Nef(第二个保镖)的作用下会保持封闭状态,而在完全封闭的情况下,受感染的细胞并不会被附近的抗体所发现。 11.Nat Med:治疗性HIV疫苗取得令人可喜的研究成果 doi:10.1038/s41591-022-02060-2 HIVACAT T细胞免疫原(HTI)是一种新型的人类免疫缺陷病毒(HIV)疫苗免疫原,其旨在引起针对与人类机体病毒控制相关的HIV靶点的细胞免疫反应。近日,一篇发表在国际杂志Nature Medicine上题为“Safety,immunogenicity and effect on viral rebound of HTI vaccines in early treated HIV-1 infection:a randomized,placebo-controlled phase 1trial”的研究报告中,来自牛津大学等机构的科学家们通过进行一项I/Iia期临床试验,结果表明,当抗逆转录病毒疗法(ART)暂时停止时,T细胞治疗性HIV疫苗或许与机体对病毒反弹更好地控制有关。 通过进行AELIX-002研究,研究人员报告说,在没有任何与自发性HIV控制相关的遗传背景下,五分之二的参与者都能在为期6个月的ART疗法暂停监督下不接受ART疗法。本文中,由AELIX公司所开发的疫苗能利用DNA载体、改良的疫苗病毒Ankara(MVA)载体和模拟的腺病毒载体ChAdOx1的组合来提供HIVACAT T细胞免疫原。 研究者TomášHanke表示,这一研究结果或能促进机体对HIV的主动免疫变为可能,从而也能减缓HIV的复制,并能为HIV感染者提供一个治疗假期的窗口,从而最终实现HIV的治愈。T细胞/T细胞疫苗很有可能在治愈HIV的最终方案中发挥重要的作用,当然或许还有其它针对疑难疾病的先进疗法。研究者指出,在中断抗逆转录病毒治疗前,参与者接受了多轮的疫苗接种,并每周进行机体病毒载量的监测。 在招募到研究中的45名参与者中,有41名参与者达到了治疗中断阶段,其中26人接受了疫苗接种,15人在双盲试验设计下接受了安慰剂治疗,在研究结束前,患者和研究人员都不清楚病人是如何进行分配的。在那些没有保护性基因型的人群中,有8名疫苗接种者能不接受抗逆转录病毒疗法的治疗,而除了一名安慰剂组的参与者外,所有参与者都必须在6个月的治疗中断期结束前重新开始进行治疗。 查看详细>>

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3 2022年CRISPR/Cas最新研究进展 2022-12-01

基因组编辑技术CRISPR/Cas9被《科学》杂志列为2013年年度十大科技进展之一,受到人们的高度重视。2020年10月,德国马克斯-普朗克病原学研究所的Emmanuelle Charpentier博士以及美国加州大学伯克利分校的Jennifer A.Doudna博士因在CRISPR-Cas9基因编辑方面做了的贡献荣获2020年诺贝尔化学奖。 CRISPR是规律间隔性成簇短回文重复序列的简称,Cas是CRISPR相关蛋白的简称。CRISPR/Cas最初是在细菌体内发现的,是细菌用来识别和摧毁抗噬菌体和其他病原体入侵的防御系统。 2018年11月26日,中国科学家贺建奎声称世界上首批经过基因编辑的婴儿---一对双胞胎女性婴儿---在11月出生。他利用一种强大的基因编辑工具CRISPR-Cas9对这对双胞胎的一个基因进行修改,使得她们出生后就能够天然地抵抗HIV感染。这也是世界首例免疫艾滋病基因编辑婴儿。这条消息瞬间在国内外网站上迅速发酵,引发千层浪。有部分科学家支持贺建奎的研究,但是更多的是质疑,甚至是谴责。 小编梳理了一下近期生物谷报道的CRISPR/Cas研究方面的新闻,供大家阅读。 1.两篇Science揭示揭示RNA引导的CRISPR-Cas效应蛋白切割可触发适应性免疫反应 doi:10.1126/science.add7450;doi:10.1126/science.add7347 在第一项新的研究中,来自美国麻省理工学院的研究人员证明了CRISPR相关蛋白酶Csx29对σ因子抑制剂表现出可编程的RNA激活的内肽酶活性,以调节转录反应。活性的与底物结合的Csx29复合物的低温电镜结构显示了一种异构激活机制,该机制在靶RNA结合时重组Csx29的催化残基。相关研究结果发表在2022年11月26日的Science期刊上,论文标题为“RNA-activated protein cleavage with aCRISPR-associated endopeptidase”。这一发现揭示了自然界中的一种RNA引导功能,可用于体外和人类细胞中的RNA检测应用。 在第二项新的研究中,来自美国麻省理工学院和日本东京大学的研究人员发现III-E型CRISPR系统包括类似于半胱天冬蛋白酶(caspase)的蛋白酶Csx29,当Cas7-11识别靶RNA时,Csx29就被激活从而切割另一种称为Csx30的辅助蛋白。这种切割产生有毒的Csx30片段,据推测这些片段能抑制专门的σ因子RpoE,调节细菌对噬菌体感染的反应,并导致细菌生长停滞,从而清除噬菌体感染。相关研究结果发表在2022年11月26日的Science期刊上,论文标题为“RNA-triggered protein cleavage and cell growth arrest by the type III-E CRISPR nuclease-protease”。 他们还报告了Cas7-11-crRNA-Csx29复合物在靶RNA存在和不存在时的低温电镜结构,并证明靶RNA的结合会诱发Csx29的构象变化。生物化学实验显示Csx29对辅助蛋白Csx30的切割是靶RNA依赖性的。该系统在细菌中的重组显示对Csx30的切割产生了有毒的蛋白片段,导致生长停滞,这是由Csx31调节的。Csx30与Csx31和相关的σ因子RpoE结合,表明Csx30介导的σ因子RpoE抑制调节了细菌细胞对噬菌体感染的反应。我们对Cas7-11-Csx29-Csx30系统进行编程,用于哺乳动物细胞中可编程的RNA检测。这些发现扩大了CRISPR免疫反应的已知复杂性,使得对哺乳动物细胞中基于蛋白酶的可编程RNA检测成为可能。总体来说,Cas7-11-Csx29效应蛋白是一种RNA依赖性的核酸酶-蛋白酶。 2.Cell:在数千种病毒中发现CRISPR-Cas系统,有望改善细胞基因组编辑 doi:10.1016/j.cell.2022.10.020 对病毒基因组的系统性扫描揭示了大量潜在的基于CRISPR的基因组编辑工具。CRISPR-Cas系统在细菌和古生菌的微生物世界中很常见,它们经常帮助它们的宿主细胞抵御病毒。但是,在一项新的研究中,来自美国加州大学洛杉矶分校的研究人员发现在公开的可感染这些微生物的病毒(称为噬菌体)的基因组序列中,CRISPR-Cas系统占0.4%。他们认为,这些病毒利用CRISPR-Cas彼此竞争---而且有可能也是为了操纵宿主的基因活性,使之对自己有利。相关研究结果发表在2022年11月23日的Cell期刊上,论文标题为“Diverse virus-encoded CRISPR-Cas systems include streamlined genome editors”。 病毒有时会获取其宿主的基因组片段,而且科学家们以前已在病毒基因组中发现过CRISPR-Cas。如果这些偷来的DNA片段给病毒带来了竞争优势,那么它们可以被保留下来并逐渐地经历修改,以便更好地为病毒的生活方式服务。比如,一种感染霍乱弧菌的病毒利用CRISPR-Cas切割细菌DNA中编码细菌中编码抗病毒防御的DNA并使之失活。 在这项新的研究中,加州大学伯克利分校的分子生物学家Jennifer Doudna和微生物学家Jillian Banfield及其同事们决定在感染细菌和古生菌的病毒(即噬菌体)中更全面地寻找CRISPR-Cas系统。令他们吃惊的是,他们发现了大约6000种编码CRISPR-Cas系统的噬菌体,包括每一种已知类型的CRISPR-Cas系统的代表。Doudna说,“有证据表明,这些CRISPR-Cas系统是对噬菌体有用的系统。” 这些作者发现了在通常的CRISPR-Cas结构上存在着广泛的变异,一些CRISPR-Cas系统缺少组分,另一些CRISPR-Cas则异常紧凑。在法国国家科学研究中心研究噬菌体生态学和进化的Anne Chevallereau说,“即使噬菌体编码的CRISPR-Cas系统是罕见的,它们也是高度多样化和广泛分布的。大自然充满了惊喜。” 3.Science子刊:1期临床试验表明经过CRISPR基因编辑的通用CAR-T细胞可用于治疗复发性B细胞白血病 doi:10.1126/scitranslmed.abq3010 在一项新的临床研究中,来自英国大奥蒙德街儿童医院和伦敦大学学院的研究人员利用CRISPR/Cas9技术对供者T细胞进行基因改造,试图治疗患有耐药性白血病的重症儿童,这些儿童已用尽所有可用的治疗方法。这项I期临床试验是首次在人类身上使用“通用的”经过CRISPR基因编辑的T细胞,代表着在使用基因编辑细胞治疗癌症方面迈出了重要一步。作为这项临床试验的一部分,他们构建并应用了新一代的更精确的“通用”基因组编辑T细胞。相关研究结果发表在2022年10月26日的Science Translational Medicine期刊上,论文标题为“Phase 1clinical trial of CRISPR-engineered CAR19 universal Tcells for treatment of children with refractory Bcell leukemia”。 这些作者使用CRISPR对T细胞进行了基因修饰,具体而言它对T细胞的DNA进行切割并插入了一段遗传代码。在这种情况下,这段遗传代码允许T细胞表达一种识别癌变B细胞表面上的一种称为CD19的标志物的嵌合抗原受体(CAR),所产生的CD19 CAR-T细胞摧毁这些癌变B细胞。他们随后利用CRISPR破坏了CD19 CAR-T细胞中的T细胞受体α链并移除它们的CD52,由此获得TT52CAR19 T细胞,这样构建出一种通用的可以“现成”使用的CAR-T细胞疗法,而无需任何供者匹配。 虽然英国国家医疗服务体系如今提供了一些CAR-T细胞疗法,但它们依赖于收集患者自身的T细胞并对它们进行基因改造。这很昂贵,并不总是可行的,也不可能在短时间内实现。目前正在研究基因组编辑,以允许供者提供的T细胞经过预先制造后用于多名患者,目的是降低成本,使得它们更容易获得。 4.Nat Biotechnol:利用改进的CRISPR-Cas9基因编辑系统将较长的DNA序列高效引入细胞基因组中的精确位点 doi:10.1038/s41587-022-01418-8 CRISPR-Cas9基因编辑系统的一种新变体使得它更容易为治疗应用而对大量细胞进行基因改造。美国格拉斯通研究所和加州大学旧金山分校开发的这种方法让科学家们能够以非常高的效率将特别长的DNA序列引入细胞基因组的精确位置,而不需要传统上用来携带DNA进入细胞的病毒递送系统。相关研究结果于2022年8月25日在线发表在Nature Biotechnology期刊上,论文标题为“High-yield genome engineering in primary cells using ahybrid ssDNA repair template and small-molecule cocktails”。 DNA可以以单链或双链形式存在,而Cas9会附着在双链DNA上。这些作者很快发现,高水平的双链DNA模板对细胞有毒,因此该方法只能用于低量的模板DNA,这会导致编辑效率低下。 Marson团队知道单链DNA对细胞的毒性较小,即使在相对高的浓度下也是如此。因此,在这篇新的论文中,他们描述了一种将改良的Cas9酶附着在单链DNA模板上的方法,只需在两端添加一小段悬空的双链DNA。Marson说,“这给了我们一种平衡的、两全其美的方法。” 与传统的双链DNA模板相比,单链DNA模板可以使基因编辑的效率提高一倍以上。单链DNA分子的双链末端让人们可以使用Cas9来加强非病毒载体在细胞中的递送。 在这项新的研究中,这些作者使用新的DNA模板产生了超过10亿个靶向多发性骨髓瘤的CAR-T细胞。CAR-T细胞是经过基因改造的T细胞,可以有效对抗特定的细胞或癌症。有了新的由Cas9指导的单链模板,大约一半的T细胞获得了新的基因,因而被转化为CAR-T细胞。 论文共同作者、加州大学旧金山分校血液学与肿瘤学科医学助理教授Justin Eyquem博士说,“我们知道,将DNA模板靶向基因组中称为TRAC(T-cell receptorαconstant,T细胞受体α恒定区)位点的特定位点,将会提高CAR-T细胞的抗肿瘤效力。这种新的非病毒方法使我们能够更有效地实现这一目标,这将加快下一代CAR-T细胞疗法的开发。” 5.Science:重大进展!揭示CRISPR RNA引导的蛋白酶的作用机制,有望提供新的抗病毒工具和组织工程工具 doi:10.1126/science.add5064 在一项新的研究中,来自美国康乃尔大学、荷兰代尔夫特理工大学和韩国浦项科技大学的研究人员为一系列CRISPR系统提供了新的见解,这可能导致在动物和植物中有前途的抗病毒工具和组织工程工具。他们着重关注新发现的CRISPR RNA引导的Caspase(CRISPR RNA-guided Caspase,Craspase)系统。相关研究结果于2022年8月25日在线发表在Science期刊上,论文标题为“Craspase is aCRISPR RNA-guided,RNA-activated protease”。论文通讯作者为康乃尔大学文理学院分子生物学与遗传学教授Ailong Ke博士和代尔夫特理工大学的Stan J.J.Brouns博士。 CRISPR-Cas系统是细菌中RNA引导的核酸酶,它在精确的位置切割病毒DNA或RNA靶标,以实现强大的基因组编辑应用。半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶(Caspase)是一种蛋白酶家族,控制包括人类在内的动物体内的程序性细胞死亡。最近的一个发现是,类似于Caspase的蛋白可以与CRISPR-Cas关联在一起,这使科学界为之振奋。这种CRISPR引导的caspase被赋予了一个新的名字,即Craspase。 在这篇论文中,这些作者使用针对Craspase系统的低温电镜图来解释它们如何切割靶RNA并激活可以分解蛋白的蛋白酶。Ke说,“这些低温电镜图导致了一部高清晰度的分子电影。通过来回观看,我们准确地知道Craspase是如何识别RNA靶标的,这又是如何激活蛋白酶的,这种活性持续多长时间,以及什么最终关闭了这种蛋白酶的活性。关于如何从这个平台汲取力量的想法开始涌入。” 6.Nat Commun:当心!CRISPR/Cas9基因编辑可能导致细胞毒性和基因组不稳定性 doi:10.1038/s41467-022-32285-1 CRISPR/Cas9,俗称“基因剪刀”,是一种精确的基因编辑技术。它允许将所需的DNA序列引入到基因组的(几乎)任何位置,从而修改或灭活一个基因。这种技术被广泛用于生物医学研究,而且一些基于CRISPR/Cas9的疗法正在进行临床试验,用于治疗人类血液疾病、某些类型的癌症和HIV感染以及其他疾病。 在一项新的研究中,西班牙巴塞罗那生物医药研究所研究员Fran Supek博士及其研究团队报告说,根据人类基因组的靶序列位点,CRISPR/Cas9基因编辑可以引起细胞毒性和基因组不稳定性。这种不想要的影响是由关键的肿瘤抑制蛋白p53介导的,并由编辑位点附近的DNA序列和周围区域的多种表观遗传因子决定。相关研究结果于2022年8月4日发表在Nature Communications期刊上,论文标题为“TP53-dependent toxicity of CRISPR/Cas9 cuts is differential across genomic loci and can confound genetic screening”。 利用计算方法,这些作者分析了为人类细胞设计的最受欢迎的CRISPR文库,并检测到了3300个显示出强烈毒副作用的靶序列位点。他们还报告说,大约15%的人类基因含有至少一个显示出毒副作用的编辑位点。 Supek博士解释说,“我们的研究解决了与TP53相关的Cas9毒副作用的一个重要问题---也是最近有一些争议的问题,它也提供了如何回避这个问题的指南。避免在这些‘风险’位点上进行编辑,不仅会使CRISPR编辑更有效,更重要的是更安全。” 7.Nature:利用CRISPR添加反转录子条形码记录基因在DNA中的表达顺序 doi:10.1038/s41586-022-04994-6 如果你想跟踪一个人一天的活动,你可以每十分钟给他们打电话,问他们在做什么。不过,更简单的方法是为他们提供一本日记,记录他们自己的行动。科学家们经常依靠一种类似于第一种方法的方法来跟踪细胞如何随时间变化;他们在设定的时间点从一组细胞中挑选出细胞,并对它们的基因活动进行快照。 如今,在一项新的研究中,来自美国格拉德斯通研究所的研究人员开发出一种更像日记或收据簿的工具---它可以一次记录细胞的基因活动数天。这种被命名为Retro-Cascorder的工具在DNA链内记录数据,然后可以在任何时候对其进行分析以获得细胞的活动记录。相关研究结果于2022年7月27日在线发表在Nature期刊上,论文标题为“Recording gene expression order in DNA by CRISPR addition of retron barcodes”。 对于构建Retro-Cascorder的第一步,Shipman团队转向了反转录子(retron),即在激活时产生特定DNA序列的细菌序列。这些作者给感兴趣的基因添加了一个反转录子。每次该基因被激活时,这个反转录子也会产生一个相应的携带该基因特有条形码的DNA序列。接下来,这些作者希望有一个分子分类账簿,按时间顺序记录这些收据。为此,他们使用了CRISPR阵列,即一个较长的DNA重复序列,细菌通常在CRISPR阵列中复制它们在免疫记忆中所需要的DNA序列---按照它们接收这些信息的顺序。 通过将CRISPR阵列和反转录子整合到相同的细胞中,Shipman团队确保反转录子产生的每一个DNA收据都会插入到CRISPR阵列中。为了检索CRISPR阵列中包含的信息,他们只需对细胞的基因组进行测序,并查看CRISPR阵列中的反转录子序列的顺序。 8.Science子刊:利用CRISPR的改进版本揭示促进肺气肿和慢性阻塞性肺病产生的基因 doi:10.1126/sciadv.abo6566 在一项新的研究中,来自美国波士顿大学和波士顿医学中心的研究人员利用CRISPR的改进版本---CRISPR激活(CRISPRa)和CRISPR干扰(CRISPRi)---了解促进肺气肿和慢性阻塞性肺病(COPD)产生的基因的功能。他们通过关闭促进这些疾病发病机制的基因的表达,发现了它们的功能性结果。相关研究结果发表在2022年7月13日的Science Advances期刊上,论文标题为“CRISPR interference interrogation of COPD GWAS genes reveals the functional significance of desmoplakin in iPSC-derived alveolar epithelial cells”。 这些作者利用CRISPR的改进版本设计了一个系统,在iPS细胞中用CRISPRi关闭一个感兴趣的基因的表达,或用CRISPR激活(CRISPRa)过度表达一个感兴趣的基因。他们在培养皿中培养这些细胞,并使它们分化为驻留在肺部中的细胞。所研究的肺部驻留细胞类型被称为2型肺泡上皮细胞(type 2alveolar epithelial cell,AT2),是肺泡中的祖细胞---肺泡是肺部发生气体交换的部分,是肺气肿中受损的结构。因此,通过了解全基因组关联研究中发现的基因如何影响AT2细胞,他们可以开始了解这些基因可能对影响这些细胞的疾病(如肺气肿)有什么贡献。 一旦产生AT2细胞,这些作者就使用CRISPRi关闭9个不同的在全基因组关联研究中发现的基因的表达,并对其进行分析,以了解这些细胞如何受到影响,尤其是它们的增殖能力,这是它们在应对肺气肿等损伤时需要做到的。他们注意到,关闭一个特定的基因,即编码桥粒斑蛋白(desmoplakin,DSP)的基因,会导致这些细胞增加增殖,并增加与细胞成熟有关的基因的表达。他们发现,在烟雾暴露前关闭DSP表达的AT2细胞比对照细胞在更大程度上关闭了细胞连接(cell junction)基因的表达。这些细胞在形成新集落方面也比对照细胞更好,这是衡量祖细胞功能的一个指标。他们随后观察了从肺上皮细胞中剔除了DSP的小鼠,与具有正常DSP的对照组小鼠进行比较。他们发现,DSP缺失小鼠的AT2细胞在受伤后更容易增殖,这与针对人类iPS细胞衍生的AT2细胞获得的发现一致。 9.Nat Biotechnol:警惕!基于CRISPR技术的临床疗法或会损伤机体细胞的基因组! doi:10.1038/s41587-022-01377-0 异体T细胞疗法的多项临床试验能使用位点特异性的核酸酶类干扰T细胞受体(TCR)和其它基因的表达。近日,一篇发表在国际杂志Nature Biotechnology上题为“Frequent aneuploidy in primary human Tcells after CRISPR–Cas9 cleavage”的研究报告中,来自特拉维夫大学等机构的科学家们表示,CRISPR疗法或许会损伤机体的基因组,CRISPR基因组编辑手段非常有效,但并不总是安全,有时所分裂的染色体并不会恢复功能,而且基因组的稳定性也会受到影响,从长远来看,这或许会导致癌症的发生。 文章中,研究人员指出了使用CRISPR疗法所产生的风险,目前CRISPR疗法被广泛用于治疗诸如癌症、肝脏和肠道疾病、遗传综合征等多种疾病中,研究人员在调查这种技术对免疫系统白细胞的影响时,发现了在高达10%的所治疗的细胞中都会出现相当大比例的细胞遗传物质的丢失,这种损失或许会导致细胞基因组的不稳定,从而诱发癌症。 研究者表示,首个批准使用的CRISPR临床试验于2020年在宾夕法尼亚大学进行,当时研究人员在T细胞中应用这种方法,他们从供体机体获取了T细胞,随后让其表达一种靶向癌细胞的工程化受体,同时使用CRISPR技术破坏编码原始受体的基因,否则则会导致T细胞攻击受体体内的细胞。在当前研究中,研究人员试图分析是否CRISPR疗法的潜在益处可能会被裂解本身所造成的风险所抵消,因为假设破碎的DNA并不总是能够被恢复。 研究者Ben-David解释道,细胞中的基因组经常会因为自然原因而断裂,但通常其能够进行自我修复,所以一般并不会造成损伤;然而,有时特定的染色体无法恢复,这样就会造成大段甚至整个染色体都会丢失,这种染色体的中断就会破坏基因组的稳定性,就像我们经常在癌细胞中看到的那样,因此,CRISPR疗法在极端情况下或许就会促进细胞癌变的发生。 10.Cell:基于CRISPR技术的新型图谱将每个人类基因与其功能关联在一起 doi:10.1016/j.cell.2022.05.013 人类基因组计划(Human Genome Project)是一项雄心勃勃的举措,旨在对人类的每个DNA片段进行测序。该项目吸引了来自世界各地研究机构(包括包括怀特黑德研究所)的合作者,并最终于2003年完成。如今,二十多年过去了,怀特黑德研究所成员Jonathan Weissman及其同事们在一项新的研究中超越了人类基因组序列,首次全面地构建出人类细胞中表达的基因的功能图谱。相关研究结果于2022年6月9日在线发表在Cell期刊上,论文标题为“Mapping information-rich genotype-phenotype landscapes with genome-scale Perturb-seq”。他们将每个基因与它在细胞中的作用联系起来,这是多年来在单细胞测序方法Perturb-seq上合作的成果。 这些数据可以在Weissman实验室的网站上找到,供其他科学家使用。Weissman说,“这是一个大资源,就像人类基因组是一个大资源一样,你可以进去并进行基于发现的研究。与其提前确定你要研究的生物学,不如拥有这张基因型-表型关系图,你可以进去筛选这个数据库,而不必做任何实验。” 这种筛选使得这些作者能够深入研究各种生物学问题。他们用它来探索功能未知的基因对细胞的影响,研究线粒体对应激的反应,并筛选出导致染色体丢失或增加的基因,一种在过去被证明很难研究的表型。论文共同通讯作者、前Weissman实验室博士后Tom Norman说,“我认为这个数据集将使那些来自生物学其他领域的人能够进行各种我们甚至还没有想到的分析,突然之间他们就有了可以利用的数据。” 查看详细>>

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4 2022年HIV研究进展第5期 2022-11-01

人类免疫缺陷病毒(human immunodeficiency virus,HIV),即艾滋病(AIDS,获得性免疫缺陷综合征)病毒,是造成人类免疫系统缺陷的一种病毒。1983年,HIV在美国首次发现。它是一种感染人类免疫系统细胞的慢病毒(lentivirus),属逆转录病毒的一种。HIV通过破坏人体的T淋巴细胞,进而阻断细胞免疫和体液免疫过程,导致免疫系统瘫痪,从而致使各种疾病在人体内蔓延,最终导致艾滋病。由于HIV的变异极其迅速,难以生产特异性疫苗,至今无有效治疗方法,对人类健康造成极大威胁。 自上世纪八十年代以来,艾滋病的流行已经夺去超过3400万人的生命。据世界卫生组织(WHO)统计,据估计,2017年,全世界有3690万人感染上HIV,其中仅59%的HIV感染者接受抗逆转录病毒疗法(ART)治疗。目前为止HIV仍然是全球最大的公共卫生挑战之一,因此急需深入研究HIV的功能,以帮助研究人员开发出可以有效对抗这种疾病的新疗法。为阻止病毒大量复制对免疫系统造成损害,HIV感染者需要每天甚至终身服用ART。虽然服用ART已被证明能有效抑制艾滋病发作,但这类药物价格昂贵、耗时耗力且副作用严重。人们急需找到治愈HIV感染的方法。 生物谷小编梳理了一下近期生物谷报道的HIV研究方面的新闻,供大家阅读。 1.Nat Med:新研究在治愈HIV感染目标上取得新的进展 doi:10.1038/s41591-022-02023-7 大约40年来,全世界的科学家们一直在努力寻找治愈HIV感染的方法。如今,在一项新的1b/2a期、开放标签、随机对照试验中,来自丹麦奥胡斯大学和美国洛克菲勒大学等研究机构的研究人员在这一个目标上取得新的进展。相关研究结果于2022年10月17日在线发表在Nature Medicine期刊上,论文标题为“Early intervention with 3BNC117 and romidepsin at antiretroviral treatment initiation in people with HIV-1:a phase 1b/2a,randomized trial”。论文通讯作者为奥胡斯大学病毒转化研究教授Ole Schmeltz Søgaard博士说。 在这项临床试验中,这些作者调查了在ART药物治疗开始后不久,用一种具有CD4结合位点的单克隆抗HIV-1抗体3BNC117对新诊断的HIV-1患者进行早期干预,然后用一种组蛋白去乙酰化酶抑制剂romidepsin,是否会改变HIV-1感染的进程(NCT03041012)。该试验在丹麦的五家医院和英国的两家医院进行。主要终点是分析初始病毒衰减动力学和从基线到第365天含有完整HIV-1前病毒的CD4+T细胞的频率变化。次要终点包括从基线到第365天受感染的CD4+T细胞和病毒特异性CD8+T细胞免疫力的变化、ART药物治疗前血浆HIV-1 3BNC117敏感性、安全性和耐受性以及从第400天开始的12周分析性ART药物治疗中断期间失去病毒学控制的时间。 在接受随机分配治疗的55名新诊断的HIV-1感染者(5名女性和50名男性)中,这些作者发现,与仅接受ART药物治疗相比,早期3BNC117治疗加上或不加上罗米地辛可提高血浆HIV-1 RNA衰减率。此外,与仅接受ART药物治疗相比,3BNC117治疗加速了受感染的免疫细胞的清除。在这四组参与者中含有完整HIV-1前病毒的CD4+T细胞的频率都明显下降。在第365天,与仅接受ART药物治疗相比,早期3BNC117+罗米地辛与HIV-1 Gag特异性CD8+T细胞免疫力增强有关。观察到的3BNC117病毒学和免疫学效应在ART药物治疗前血浆HIV-1包膜蛋白序列对抗体敏感的个体中最为明显。这些结果没有按性别分类。不良事件为轻度至中度,各组之间相似。在20名参与者的12周分析性ART药物治疗中断期间,接受3BNC117治疗的携带敏感性HIV-1毒株的个体比其他参与者更有可能保持病毒学控制。 综上所述,这些作者作出结论,在ART药物治疗开始时,3BNC117能增强血浆中HIV-1病毒和受感染免疫细胞的消除,增强HIV-1特异性CD8+免疫力,并与携带对3BNC117敏感的HIV-1毒株的个体中的持续无ART病毒学控制有关。这些发现有力地支持了在ART药物治疗启动时进行干预,作为限制HIV-1长期存在的策略。 2.JAIDS:感染HIV的儿童神经发育受损的风险更大 doi:10.1097/QAI.0000000000003052 在一项新的研究中,来自美国罗彻斯特大学、赞比亚大学和卢萨卡顶点医科大学的研究人员发现,尽管HIV疾病得到了很好的控制,但感染了HIV的儿童在神经系统评估中的表现明显更差,这表明他们可能面临着认知和心理健康问题。然而,该研究还表明,早期干预---更好的营养和抗逆转录病毒疗法---可能有助于缩小差距。相关研究结果发表在2022年10月1日的Journal of Acquired Immune Deficiency Syndromes期刊上,论文标题为“Longitudinal Cognitive Outcomes in Children With HIV in Zambia:2-Year Outcomes From the HIV-Associated Neurocognitive Disorders in Zambia(HANDZ)Study”。 论文通讯作者、罗切斯特大学医学中心神经学与儿科助理教授David Bearden博士说,“HIV仍然是一个主要的全球健康负担,众所周知,在分娩期间暴露于这种病毒的儿童随着年龄的增长,出现神经认知和精神问题(如抑郁症)的风险更大。这项新的研究试图了解这些问题是否持续存在并随着时间的推移变得更加明显,以及我们是否可以预测哪些人会在认知方面做得很好,哪些人不会。” 这些新发现来自赞比亚HIV相关神经认知疾病(HIV-Associated Neurocognitive Disorders in Zambia,HANDZ)研究,这是一项正在进行的纵向研究,对600名8至18岁的HIV阳性和阴性赞比亚儿童进行为期5年的跟踪调查。HANDZ研究的参与者被要求完成一系列的神经认知评估,为此使用一种叫做美国国立卫生研究院(NIH)的认知工具箱(NIH Toolbox Cognition Battery)来测量几种认知过程,包括处理速度、反应时间、记忆和执行功能。这些作者发现,与HIV阴性的同龄人相比,HIV阳性儿童在基线时的认知能力明显较差,在两年的研究期间也没有改善。 这些数据表明干预措施可以改善神经系统的功能。营养不良或遭受更严重的HIV感染的儿童在评估中表现更差。 3.eBioMedicine:肠道菌群或会促进机体对HIV感染的易感性 doi:10.1016/j.ebiom.2022.104286 肠道微生物组的改变或许与HIV感染有关,但在横断面研究中研究人员很难确定HIV与其它因素对机体肠道微生物组的相对影响效应。近日,一篇发表在国际杂志eBioMedicine上题为“Gut dysbiosis and inflammatory blood markers precede HIV with limited changes after early seroconversion”的研究报告中,来自加州大学洛杉矶分校等机构的科学家们通过研究发现,特定的肠道菌群(包括一种对于机体健康肠道微生物组非常重要的细菌)或许在获得性HIV感染的个体与未被感染的个体中存在一定的差异。 相关研究结果表明,肠道微生物组或许会让个体处于HIV感染的风险之中,研究者Jennifer Fulcher教授说道,这是一个需要深入研究的重要领域,其或能帮助理解是否以及这些细菌如何影响HIV的传播,基于微生物组的疗法或许正在逐渐成为一个具有巨大潜力的研究领域,随着进一步的研究,其或许有望成为一种帮助预防HIV感染和传播的新方法。众所周知,慢性HIV感染和肠道细菌改变之间存在着某种关联,于是研究人员就想通过研究深入理解当HIV感染后这些改变是何时开始发生的。 为此,他们对27名男性同性恋者进行研究,在其感染HIV之前和之后收集并分析其肠道微生物组的样本,随后将研究结果与28名有类似感染行为风险但未感染HIV的男性机体的肠道微生物组样本的研究结果进行了比较;结果表明,在第一年里,受感染男性的肠道菌群几乎并未发生改变,然而随后他们发现,相比未感染的男性而言,获得性HIV感染的男性甚至在被感染之前其机体的肠道菌群就已经存在了差异。 具体而言,相比未感染的高危对照个体而言,受感染的男性机体肠道中的拟杆菌属细菌(Bacteroides species)的水平降低了,而埃氏巨型球菌(Megasphaera elsdenii)的水平则升高了,前者是一种普遍存在于下部肠道的细菌,其在维持机体健康的肠道环境方面扮演着重要的代谢功能,而后者则在人类肠道中的功能未知。研究人员还发现,相比匹配的对照个体而言,感染HIV的男性在感染前,其机体中炎性细胞因子和生物活性脂质的水平会升高,这两种物质均与机体的系统性炎症发生有关,这就提示,机体或许一直在抵御这些感染或损伤。 4.JAMA:综述文章揭示HIV感染和机体患心脏疾病之间的神秘关联! doi:10.1001/jama.2022.15078 近日,一篇发表在国际杂志JAMA上题为“Association of HIV Infection With Cardiovascular Pathology Based on Advanced Cardiovascular Imaging”的综述文章中,来自英国的科学家们回顾了HIV感染和机体心肌或动脉疾病之间的关联。 这篇综述报告中,研究人员共对45项研究进行了综合性地分析和回顾,研究者表示,除了AIDS外,HIV感染者更有可能会死于其它的原因,而其主要的死亡原因或许就是心脏病了;然而,目前研究人员并未深入理解为何HIV感染者患心脏疾病的风险更高,以及是否HIV会直接影响机体的心肌或向心肌供应的动脉。 研究人员收集了所有使用先进成像技术的研究报告,旨在更好地理解HIV感染影响机体心脏健康的潜在途径,其中很多研究都来自发达国家,尽管HIV感染的全球负担主要流行于撒哈拉以南非洲地区,此外,大多数被研究的个体都是老年男性,尽管全球HIV人群中很多都是年轻女性。分析结果表明,有超过三分之一的研究都揭示了HIV感染和机体心脏动脉疾病之间的关联;然而,这些研究结果表明,这种关系的强度或许存在很大的差异;而近一半的研究也都揭示了HIV感染和心肌疾病之间的关联,但这种关系的强度也存在一定的差异。 文章第一作者Jonathan Hudson说道,如今HIV慢慢转变成为了一种慢性疾病,感染者可以存活地更久,而其患心脏病的风险或许会更高,至关重要的是,我们试图去理解HIV和AIDS如何诱发心脏病,而相关研究结果或许表明,这一问题尚未得到解决,此外,相关研究还指出,目前研究人员迫切需要在低收入国家开展大量研究,尤其是撒哈拉以南非洲地区,因此该地区人群的HIV负担最大。 5.Nature:重大进展!一种缓慢给送、剂量递增的疫苗接种策略有望让身体产生强效中和HIV的抗体 doi:10.1038/s41586-022-05216-9 在一项新的研究中,来自美国拉霍亚免疫学研究所、斯克里普斯研究所和加州大学圣地亚哥分校等研究机构的研究人员发现了免疫系统如何能够转变为一种抗体制造机器,能够中和目前最难以捉摸的病毒之一:HIV。相关研究结果于2022年9月21日在线发表在Nature期刊上,论文标题为“Long-primed germinal centres with enduring affinity maturation and clonal migration”。 多年来,Crotty和他在拉霍亚免疫学研究所传染病与疫苗研究中心以及斯克里普斯研究所领导的HIV/AIDS疫苗开发联盟(CHAVI-ID)中的合作者,一直致力于解决HIV疫苗的难题。Crotty实验室共同领导了一些关键性的研究,涉及有前途的新疫苗成分的使用以及如何最好地激活B细胞来对抗HIV。 这项新研究揭示了延长B细胞在生发中心进化的时间的重要性:美国杜兰国立灵长目研究中心的研究合作者每两天给恒河猴进行一次免疫接种,为期12天。这一系列的七次接种疫苗包含了剂量递增的HIV抗原,以便让免疫系统学会靶向HIV。 一组恒河猴没有再次接种疫苗,但另外两组恒河猴在10周后接受了加强疫苗接种。这些作者随后通过检查这些恒河猴的淋巴结来追踪免疫反应。他们还监测了生发中心的B细胞发育。他们的研究显示,生发中心保持活跃,B细胞在最初的七针系列疫苗接种后的六个月内继续进化。正如Sutton指出的那样,这项研究被设定为在六个月后结束,但如果该研究继续下去,生发中心可能会持续更长时间。 那么高度进化的B细胞是如何衡量的呢?这些作者进行了基因测序分析,以分析免疫细胞记忆和抗体结合能力。他们发现,接种了七针系列疫苗但未接种加强疫苗的恒河猴在六个月后有一个稳定和持久的抗HIV抗体群体。这些未接种加强疫苗的恒河猴也有更多的免疫细胞(滤泡辅助T细胞)准备好识别HIV抗原并启动B细胞进行战斗。接种加强疫苗的恒河猴在接种加强疫苗后确实出现抗体数量的第二次“高峰”,但它们最终没有获得同样高质量的抗体。这种缓慢给送、剂量递增的策略得到了回报。大剂量的抗原可能给了免疫系统足够的病毒“味道”,使生发中心准备好保持开放,并促使B细胞尽可能长时间地进化以应对感知到的威胁。 6.Adv Sci:基于牛粘蛋白的合成预防凝胶可预防HIV和疱疹病毒传播 doi:10.1002/advs.202203898 在一项新的研究中,来自瑞典皇家理工学院等研究机构的研究人员基于牛粘液开发出一种防止HIV病毒和疱疹病毒传播的合成预防凝胶。在实验室测试中,这种润滑性的凝胶被证明对HIV的有效性达到70%,对疱疹病毒(HSV-1和HSV-2)的有效性达到80%。这种病毒预防测试是在实验室对几种类型的细胞进行的。相关研究结果于2022年9月14日在线发表在Advanced Science期刊上,论文标题为“Synthetic Mucin Gels with Self-Healing Properties Augment Lubricity and Inhibit HIV-1 and HSV-2 Transmission”。 这种合成预防凝胶中的润滑剂来自粘蛋白,这是人体产生的粘液的主要成分,尽管供应商提供纯化形式的牛粘蛋白用于制造这种预防凝胶。论文通讯作者、瑞典皇家理工学院生物材料研究员Hongji Yan说,粘蛋白分子的天然复杂性是这种合成预防凝胶在阻止HIV和疱疹病毒传播方面如此有效的原因,而不像其他抗病毒化合物那样有副作用或产生抗药性的风险。他说,这样的功能是很难用一种从头合成的聚合物来实现的。 在我们的身体里,粘蛋白分子可以与病毒颗粒结合并将它们捕获,然后通过活跃的粘液周转将它们清除。Hongji说,这种合成预防凝胶重现了这种自我修复功能,这是实现粘液润滑和预防感染的一种关键材料特性。 Hongji说,这种合成预防凝胶可能有助于更多的人更好地控制他们的性健康。它可能在没有安全套保护的情况下提供保护,甚至可能在安全套失效或使用不当的情况下作为备用保护。 7.Science子刊:重磅!科学家开发出在恒河猴机体中能表现出巨大潜力的HIV疫苗! doi:10.1126/scitranslmed.abo5598 成功的HIV-1疫苗需要诱导多克隆中和性抗体(nAb)反应,然而在灵长类动物中通过疫苗来诱导这种反应对于科学家们而言仍然是一大挑战。近日,一篇发表在国际杂志Science Translational Medicine上题为“Stabilized HIV-1 envelope immunization induces neutralizing antibodies to the CD4bs and protects macaques against mucosal infection”的研究报告中,来自杜克大学医学中心等机构的科学家们通过研究开发了一种有望在恒河猴中展现出巨大希望的HIV疫苗,文章中,研究者描述了他们开发这种新型疫苗的过程以及其如何在恒河猴体内发挥作用。 此前研究结果表明,一些人机体中会自然产生广泛的中和性抗体(bnAbs),而科学家们也一直在尝试模仿这种能力,为此,研究人员注意到,HIV-1有6个能辅助感染的亚单位,其中3个亚单位能靶向作用细胞,另外3个亚单位能与靶向细胞的膜融合。研究人员发现了一个在3岁时就感染了HIV的患者,其机体中拥有多种天然的bnAb,因此能保护机体抵御所有的病毒亚单位的侵袭,通过大量努力,研究人员发现了一种方法来分离并模仿这种抗体在患者机体中发挥作用的方式,随后利用其来开发新型疫苗,同时研究人员还添加了一种佐剂,即一种已知能辅助机体产生免疫反应的化学物质。 研究人员通过利用恒河猴检测这种新型疫苗后发现,这种疫苗对于给予低剂量的受试动物仅有一半的效用,而对给予全剂量的受试动物则非常有效,7只动物中有2只在反复接触病毒后并未发生感染。相关研究结果确定了疫苗所诱导的nAb反应的特异性以及HIV-1疫苗诱导的nAbs的保护性滴度,这对于保护非人类灵长类动物免受携带主要传播/创始人外膜结构的低剂量病毒挑战是非常必要的。 8.NEJM:基于度鲁特韦的抗逆转录病毒疗法在妊娠期更有效地抑制HIV感染 doi:10.1056/NEJMoa2200600 根据来自美国哈佛大学陈曾熙公共卫生学院的研究人员领导的一项新的研究,基于度鲁特韦(dolutegravir)的HIV-1抗逆转录病毒疗法(ART)对孕妇来说比美国和欧洲普遍使用的其他一些ART疗法更有效。相关研究结果发表在2022年9月1日的NEJM期刊上,论文标题为“Dolutegravir in Pregnancy as Compared with Current HIV Regimens in the United States”。 这项新的研究显示,采用基于度鲁特韦的治疗方案的孕妇在分娩时实现病毒抑制的概率很高。在基于度鲁特韦的治疗方案和当前的其他治疗方案之间,没有观察到不良出生结果(早产、低出生体重、胎龄小或新生儿死亡)的风险差异。 论文通讯作者、哈佛大学陈曾熙公共卫生学院流行病学系高级研究科学家Kunjal Patel说,“在全球范围内,目前推荐使用基于度鲁特韦的治疗方案来治疗HIV感染,这是第一次将包括度鲁特韦的治疗方案与其他抗逆转录病毒方案---比如基于雷特格韦(raltegravir)的治疗方案---进行直接比较,这些其他的治疗方案在美国围产期指南中也被列为‘首选方案’。” 度鲁特韦是最近批准的一种抗逆转录病毒药物,是每日一次治疗方案的一部分,与其他抗逆转录病毒药物相比,它被证明更有效、更容易耐受,并且不太可能在HIV-1感染者中产生新的抗药性。然而,与美国和欧洲在怀孕期间通常使用的治疗方案相比,它在怀孕期间的有效性和安全性的数据有限。 在这项新的观察性研究中,这些作者将度鲁特韦在妊娠期的使用与阿扎那韦/利托那韦(atazanavir/ritonavir)、达鲁那韦/利托那韦(darunavir/ritonavir)和雷特格韦的抗病毒方案进行了比较,这些抗病毒方案目前在美国被列为妊娠期使用的首选方案。在分娩时,在接受度鲁特韦治疗的参与者中,病毒抑制率达到96.7%,而服用阿扎那韦/利托那韦或雷特格韦的参与者的病毒抑制率分别为84.0%和89.2%。 查看详细>>

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5 2022年HIV研究进展第4期 2022-09-17

人类免疫缺陷病毒(human immunodeficiency virus,HIV),即艾滋病(AIDS,获得性免疫缺陷综合征)病毒,是造成人类免疫系统缺陷的一种病毒。1983年,HIV在美国首次发现。它是一种感染人类免疫系统细胞的慢病毒(lentivirus),属逆转录病毒的一种。HIV通过破坏人体的T淋巴细胞,进而阻断细胞免疫和体液免疫过程,导致免疫系统瘫痪,从而致使各种疾病在人体内蔓延,最终导致艾滋病。由于HIV的变异极其迅速,难以生产特异性疫苗,至今无有效治疗方法,对人类健康造成极大威胁。 自上世纪八十年代以来,艾滋病的流行已经夺去超过3400万人的生命。据世界卫生组织(WHO)统计,据估计,2017年,全世界有3690万人感染上HIV,其中仅59%的HIV感染者接受抗逆转录病毒疗法(ART)治疗。目前为止HIV仍然是全球最大的公共卫生挑战之一,因此急需深入研究HIV的功能,以帮助研究人员开发出可以有效对抗这种疾病的新疗法。为阻止病毒大量复制对免疫系统造成损害,HIV感染者需要每天甚至终身服用ART。虽然服用ART已被证明能有效抑制艾滋病发作,但这类药物价格昂贵、耗时耗力且副作用严重。人们急需找到治愈HIV感染的方法。 生物谷小编梳理了一下近期生物谷报道的HIV研究方面的新闻,供大家阅读。 1.Science子刊:揭示广泛中和抗体VRC07的IgG亚型影响它预防HIV传播的能力 doi:10.1126/scitranslmed.abn9662 在HIV大流行的40多年后,科学家们对如何防御这种病毒有了新的认识,这些发现最终可能会导致产生一种中和抗体,从而在HIV成为破坏免疫力的威胁之前阻止它。 在一项新的研究中,来自美国拉根研究所、哈佛医学院和达特茅斯学院的研究人员破译了一种广泛保护性抗HIV抗体亚型是如何抵御HIV感染的。这一发现有朝一日可能为用基于抗体的疗法治疗或预防HIV传播的努力提供参考。相关研究结果近期发表在Science Translational Medicine期刊上,论文标题为“Antibody-mediated prevention of vaginal HIV transmission is dictated by IgG subclass in humanized mice”。 这些作者指出,一种IgG亚型抗体积极地靶向HIV包膜蛋白的保守区域。这使得这些抗体能够阻止这种病毒进入并驱动针对受感染细胞的免疫反应。 论文第一作者、拉根研究所的Jacqueline M.Brady博士及其同事们写道,“HIV广泛中和抗体既能阻断病毒进入,又能驱动针对遭受HIV感染的细胞的先天免疫反应。”他们强调这种IgG抗体亚型触发了先天免疫系统的爆炸性活动。 2.Nat Med:一种新确定的生物标志物有望加快预防HIV-1感染的疫苗开发 doi:10.1038/s41591-022-01953-6 广泛中和抗体(bnAb)的定义是它们能够中和多种遗传上不同的病毒毒株。在一项新的研究中,来自美国华盛顿大学和弗雷德-哈钦森癌症中心等研究机构的研究人员确定了一种新的生物标志物,它似乎可以有效地作为替代终点,可靠地预测广泛中和单克隆抗体防止HIV-1(导致艾滋病的最常见病毒类型)感染的能力。相关研究结果于2022年8月22日在线发表在Nature Medicine期刊上,论文标题为“Neutralization titer biomarker for antibody-mediated prevention of HIV-1 acquisition”。 这项新研究的结果建立在2021年3月发表的概念验证性抗体介导预防(Antibody Mediated Prevention,AMP)临床试验的基础上,该临床试验显示一种名为VRC01的bnAb能有效防止某些---但不是所有--HIV毒株的感染。在进行研究的地区---撒哈拉以南非洲、美国和南美---流行的70%的HIV毒株对VRC01有抵抗力,而且最初的报告还已指出,在整体预防HIV感染方面,VRC01组和安慰剂组之间没有统计学差异。 论文通讯作者兼论文共同第一作者、弗雷德-哈钦森癌症中心的Peter Gilbert博士说,“单一的HIV-1广泛中和单克隆抗体,如VRC01,将不足以提供对HIV-1感染的高度保护,因为许多HIV-1毒株具有抵抗性。因此,将需要bnAb混合物,尽管这些抗体有丰富的开发渠道,但我们首先需要一种生物标志物,使我们能够比较不同的bnAb混合物,并选择最佳候选混合物进行疗效试验。” Gilbert说,一种有用的生物标志物也必须被验证为替代终点,以可靠地预测HIV-1 bnAb混合物的预防功效水平。这将允许加快批准不同的HIV-1 bnAb混合物,而不需要长期和昂贵的疗效临床试验。根据这项新研究的结果,这种新确定的生物标志物---PT80---似乎符合这些要求,它可以预测bnAb受者的血液样品在特定时间对特定病毒的80%中和抗体滴度。 3.eLife:新型广泛中和抗体联合使用有望阻止HIV病毒逃逸和反弹 doi:10.7554/eLife.76004 在一项新的研究中,来自德国马克斯-普朗克动力学与自组织研究所、科隆大学和美国华盛顿大学的研究人员发现精心设计的广泛中和抗体(bNAb)混合物可能能够帮助治疗HIV感染,同时将这种病毒逃避治疗的风险降到最低。相关研究结果于2022年7月19日在线发表在eLife期刊上,论文标题为“Design of an optimal combination therapy with broadly neutralizing antibodies to suppress HIV-1”。 论文第一作者、马克斯-普朗克动力学与自组织研究所研究员Colin LaMont说,“在我们的研究中,我们提出使用一种计算方法来预测基于HIV遗传学的bNAb组合的有效性。” LaMont及其同事们使用高通量测序技术分析了10年来从11名未经治疗的HIV患者身上收集的HIV病毒的遗传学特征。他们利用这些数据预测哪些HIV毒株可能能够逃避不同bNAb的治疗,以及逃避bNAb治疗是否与生存成本有关。接下来,利用计算方法,他们将获得的知识用于预测三项真实的bNAb临床试验中的病毒反弹。 最后,这些作者利用他们的计算方法找到了最不可能让任何病毒逃避的bNAb组合。他们还发现,一些bNAb(比如10-1074)能更好地对抗不同的病毒群体,因为允许病毒逃逸的突变也使这种病毒不太可能生存。其他的bNAb(包括PGT121)对不那么多样化的病毒群体更有效,因为能够让病毒逃逸的突变很罕见。总的来说,这些研究结果表明,最佳组合包括三种bNAb:PG9、PGT151和VRC01。 4.Mol Cell:揭示机体免疫系统利用两步法机制来抵御HIV-1感染的新型分子机制 doi:10.1016/j.molcel.2022.06.010 HIV-1因其能躲避宿主机体免疫系统的攻击而闻名。近日,一篇发表在国际杂志Molecular Cell上题为“Recognition of HIV-1 capsid by PQBP1 licenses an innate immune sensing of nascent HIV-1 DNA”的研究报告中,来自Scripps研究所等机构的科学家们通过研究揭示了机体先天性免疫系统检测HIV-1的分子机制(即使当病毒量较少时),先天性免疫系统是机体抵御外来入侵者的第一道防线。 先天性免疫系统会在适应性免疫系统之前被激活,后者是机体的第二道防线,其涉及多种专门的功能,比如产生抗体等,先天性免疫系统的一个主要职责就是识别自我和外来病原体(比如细菌和病毒等),环状GMP-AMP合成酶(cGAS)是先天性免疫系统中重要的信号蛋白,其能感知细胞中漂浮的DNA,如果cGAS检测到了外来病原体的存在,其就会激活分子途径来抵御入侵者。然而,由于HIV-1是一种RNA病毒,其会产生微量的DNA,实际上,科学家们目前并不理解cGAS以及先天性免疫系统如何对其进行监测以及如何将其与机体自身的DNA进行区分的。 这篇研究报告中,研究人员发现,先天性免疫系统需要两步安全检查来激活抵御HIV-1的能力,第一步主要涉及一种名为PQBP1(polyglutamine binding protein 1,多聚谷氨酰胺结合蛋白1)的必要蛋白,其能在HIV-1进入细胞后开始复制之前就识别出病毒的外壳,随后PQBP1就会包裹并装饰病毒,并作为一种警惕信号来召唤cGAS,一旦病毒外壳开始分解,cGAS就会激活额外的免疫相关通路来抵御病毒。最初研究人员惊讶地发现能帮助先天性免疫激活来抵御HIV-1的两个关键步骤,因为大多数其他DNA编码的病毒仅会在一个步骤中激活cGAS,这是一种类似于使用双因子认证技术的概念,比如要求用户输入密码,随后回复确认邮件。 这种两步法机制或能为科学家们开发新型疫苗策略提供思路,其能在病毒在宿主细胞内开始复制之前,在PQBP1对分子进行装饰之后开始宿主机体的免疫级联反应。研究者Sunnie Yoh认为,尽管适应性免疫系统一直是HIV研究和疫苗开发的重点,但本文研究清楚地揭示了先天性免疫反应在检测病毒上所扮演的关键角色,在调节这个两步过程的窗口中,或许研究人员有望开发出抵御HIV-1的新型佐剂疫苗策略,即在PQBP1装饰病毒衣壳后,病毒将其自身整合到宿主基因组并开始复制之前。 5.PNAS:首次解析出HIV-1基质的原子视图,有助于揭示这种病毒组装和包膜蛋白整合机制 doi:10.1073/pnas.2200794119 导致艾滋病的HIV-1的组装发生在受感染细胞的内质膜层上,这是一个几何构建过程,在病毒蛋白Gag的N端基质结构域(matrix domain,MA)的引导下,从病毒Gag蛋白的三聚体中产生六聚体。然而,四十年来一直缺乏这种病毒颗粒组装的某些细节。在一项新的研究中,阿拉巴马大学伯明翰分校微生物学教授Jamil Saad博士及其同事们提供了HIV-1基质晶格的首个原子视图,以2.1埃的分辨率显示了它的分子细节,这一发现推进了对病毒组装和病毒包膜蛋白(Env)整合的关键机制的理解。相关研究结果发表在2022年6月3日的PNAS期刊上,论文标题为“Atomic view of the HIV-1 matrix lattice;implications on virus assembly and envelope incorporation”。 在Saad及其同事们描述的HIV-1基质晶格结构中,myrMA的豆蔻酸基团在稳定这种晶格结构方面起着关键作用,因此形成myrMA晶体的能力很重要。他们通过从长132个氨基酸的myrMA末端去除20个氨基酸来完成这一难以捉摸的技术挑战。众所周知,在质膜上形成Gag晶格对于未成熟的HIV-1的组装和Env的整合是必需的。 Saad及其同事报告说,他们的myrMA晶格被排列为带有中心孔的三聚体晶格的六聚体,被认为是为了容纳Env的细胞质尾巴以促进Env整合到病毒颗粒中。他们的myrMA晶体使他们能够观察myrMA晶格中附着的豆蔻酸基团。他们发现,myrMA的一个亚基上的豆蔻酸基团穿过二倍轴插入到这个亚基的疏水腔中,实现了“豆蔻酸基团交换(myr swapping)”,而且他们还报告了三聚体之间的其他分子相互作用。他们描述了有助于稳定三聚体晶格的六聚体的额外分子细节。 6.iScience:震惊!HIV感染会加速人体的衰老过程 doi:10.1016/j.isci.2022.104488 在一项新的研究中,来自美国加州大学洛杉矶分校的研究人员发现HIV对感染者的衰老有“早期和实质性”的影响,在感染后短短两到三年内就会加速身体中与正常衰老有关的生物变化。这一发现表明,相对于未感染者,HIV感染可能会使一个人的寿命缩短近5年。相关研究结果于2022年6月30日在线发表在iScience期刊上,论文标题为“Accelerated aging with HIV begins at the time of initial HIV infection”。 这些作者分析了100名男性在感染HIV前6个月或更短时间内收集的储存血液样品,并在感染后2至3年再次收集血液样品。他们将这些样本与同一时期来自100名未受HIV感染的男性的匹配样本进行了比较。所有这些人都是多中心艾滋病队列研究(Multicenter AIDS Cohort Study)的参与者,多中心艾滋病队列研究是一项从1984年到2019年为期35年的全国性研究。这些作者说这项研究是第一项以这种方式匹配感染者和非感染者的研究。 这些作者专注于HIV如何影响表观遗传学的DNA甲基化,这是细胞在正常生理变化过程中用来开启或关闭基因的过程。表观遗传学变化是那些对环境、人们的行为或其他外部因素---比如疾病---的影响所做出的反应,这会影响基因的行为方式,而不改变基因本身。 这些作者研究了关于衰老的五种表观遗传指标。其中的4种是所谓的表观遗传“时钟”,每一种表观遗传时钟都使用了稍微不同的方法来估计以年份为单位的生物年龄加速(相对于生理年龄而言)。第五种表观遗传指标评估了端粒的长度,端粒是染色体的保护性帽状末端。随着年龄的增长,端粒在每次细胞分裂时会逐渐变短,直到它们变得如此之短,以至于分裂不再可能。 HIV感染者在四种表观遗传时钟中的每一种都显示出明显的年龄加速---从1.9岁到4.8岁不等---以及在没有高度活跃的抗逆转录病毒治疗的情况下,从感染前开始到感染后两到三年的时间里,端粒变短。在相同的时间间隔内,在未感染的参与者中没有看到类似的年龄加速。 7.PNAS:利用超级计算机揭示HIV-1衣壳上的漏洞 doi:10.1073/pnas.2117781119 德克萨斯大学奥斯汀分校德克萨斯高级计算中心的Frontera超级计算机进一步加深了科学家们对HIV-1病毒如何感染的理解,并协助生成了第一个关于它的衣壳的现实模拟,包括它蛋白、水、遗传物质和最近发现的一种叫做IP6的关键辅助因子,该辅助因子稳定和帮助形成这种衣壳。 芝加哥大学杰出服务教授Gregory Voth说,“这些非常大的模拟和我们所做的分析揭示了HIV-1病毒衣壳盔甲的漏洞。”Voth是近期发表在PNAS期刊上的一篇标题为“Strain and rupture of HIV-1 capsids during uncoating”的论文的通讯作者。 Voth及其同事们利用从马克斯-普朗克生物化学研究所细胞与病毒结构系的John Brigg博士的实验室获得的实际病毒的低温电子断层扫描数据开始研究。利用这些实验数据,他们开发了一种HIV-1病毒衣壳的全原子分子动力学模拟,接近1亿个原子。 这项新研究中的模拟图片显示了这种病毒衣壳上的条纹,这表明存在应力-应变(stress-strain)。它们准确地指出了这种衣壳上的蛋白晶格发生压缩或膨胀的位置,并且在经历痛苦的应变,这告诉科学家们这种应力-应变并不是完美分布的。 查看详细>>

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6 2022年HIV研究进展第3期 2022-07-30

人类免疫缺陷病毒(human immunodeficiency virus,HIV),即艾滋病(AIDS,获得性免疫缺陷综合征)病毒,是造成人类免疫系统缺陷的一种病毒。1983年,HIV在美国首次发现。它是一种感染人类免疫系统细胞的慢病毒(lentivirus),属逆转录病毒的一种。HIV通过破坏人体的T淋巴细胞,进而阻断细胞免疫和体液免疫过程,导致免疫系统瘫痪,从而致使各种疾病在人体内蔓延,最终导致艾滋病。由于HIV的变异极其迅速,难以生产特异性疫苗,至今无有效治疗方法,对人类健康造成极大威胁。 自上世纪八十年代以来,艾滋病的流行已经夺去超过3400万人的生命。据世界卫生组织(WHO)统计,据估计,2017年,全世界有3690万人感染上HIV,其中仅59%的HIV感染者接受抗逆转录病毒疗法(ART)治疗。目前为止HIV仍然是全球最大的公共卫生挑战之一,因此急需深入研究HIV的功能,以帮助研究人员开发出可以有效对抗这种疾病的新疗法。为阻止病毒大量复制对免疫系统造成损害,HIV感染者需要每天甚至终身服用ART。虽然服用ART已被证明能有效抑制艾滋病发作,但这类药物价格昂贵、耗时耗力且副作用严重。人们急需找到治愈HIV感染的方法。 生物谷小编梳理了一下近期生物谷报道的HIV研究方面的新闻,供大家阅读。 1.Nature子刊:新研究对HIV如何逃避免疫监测提出新的见解 doi:10.1038/s42003-022-03235-w 加拿大多伦多大学医学微生物学专业的住院医师Jonathan Cook博士正在研究HIV病毒上的关键蛋白,这些蛋白对于开发有效的HIV疫苗至关重要。Cook说,“这些蛋白非常有趣,因为它们是病毒感染人类的必要条件。通过阻断它们的功能,我们可以避免你经常看到的多种感染。” 在一项新的研究中,Cook与多伦多大学医学院的Jeffrey E.Lee教授和Lee实验室的Adree Khondker揭示了关于HIV病毒如何与免疫系统相互作用的新信息。相关研究结果近期发表在Communications Biology期刊上,论文标题为“Conformational plasticity of the HIV-1 gp41 immunodominant region is recognized by multiple non-neutralizing antibodies”。 利用萨斯喀彻温大学加拿大光源(Canadian Light Source)发出的CMFC光束线,这些作者分析了HIV病毒表面上的蛋白。他们发现一种称为gp41的蛋白的主要免疫优势区(primary immunodominant region,PID)充当了诱饵---将免疫系统的反应转移到一个错误的目标。这种策略使这种病毒能够成功地感染人类细胞并导致疾病。 2.Nat Biotechnol:一种新型技术或仅需通过单次注射就能治疗HIV感染 doi:10.1038/s41587-022-01328-9 近日,一篇发表在国际杂志Nature Biotechnology上题为“In vivo engineered Bcells secrete high titers of broadly neutralizing anti-HIV antibodies in mice”的研究报告中,来自以色列特拉维夫大学等机构的科学家们通过研究开发了一种新型独特的AIDS疗法,其或能被开发成为疫苗或对HIV患者进行一次性治疗。本文研究中,研究人员分析了如何工程化改造患者机体中的B细胞,从而促使其分泌抗HIV抗体来应对病毒的感染。 在过去20年里,由于实施了将这种致死性疾病转化为慢性疾病的治疗性手段,很多AIDS患者的生活得到了明显改善,然而,在找到能为患者提供永久性治愈的治疗方法之前,科学家们或许还有很长的一段路要走,其中一种可能性的方法就是进行一次性注射,这种策略是在Barzel博士的实验室中开发的,其所开发的技术能对患者体内的B细胞进行遗传工程化改造来使其分泌能抵御HIV病毒的中和性抗体。B细胞是一类负责产生抵御病毒等微生物的抗体的白细胞,其主要产生自骨髓中,当其成熟时B细胞能进入血液和淋巴系统中,并从这些位点达到机体不同部位。 研究者Barzel解释道,直到现在仅有少数科学家能在体外对B细胞进行工程化改造,这项研究中我们首次在体内对其改造并使得这些细胞能产生所想要的抗体,这种基因工程技术是利用源自病毒的病毒载体来完成的,这些病毒会被设计成为不会对机体造成损伤,而只是将编码抗体的基因带入机体的B细胞中。此外,在这种情况下,研究人员就能准确地将抗体引入到B细胞基因组的理想位点中,所有接受疗法的动物模型都会产生反应且机体中含有大量的所需抗体,研究人员从血液中产生了抗体并且确保其能有效中和培养皿中的HIV病毒。 基因编辑是通过CRISPR技术来完成的,研究者表示,他们将CRISPR能引导基因的能力加入到了理想的位点中,同时还利用病毒载体将理想的基因引入到了理想的基因中,这样一来,研究人员就能对患者机体中的B细胞进行工程化改造,他们利用利用了两种AAV家族的病毒载体,其中一种携带编码理想抗体的序列,另一种携带编码CRISPR系统的序列,当CRISPR切断B细胞基因组中的所需位点时,其就会直接引入所需的基因,即编码抵御HIV病毒的基因。 3.Nature:小型临床试验表明两种广泛中和抗体组合使用可长时间抑制HIV doi:10.1038/s41586-022-04797-9 在一项新的小型研究中,来自美国国家过敏症与传染病研究所(NIAID)、弗雷德里克国家癌症研究实验室、美国国家卫生研究院临床中心、哈佛医学院、洛克菲勒大学和加拿大枫叶医学诊所的研究人员发现在感染早期就开始接受抗逆转录病毒疗法(ART)的HIV感染者在接受了两种广泛中和抗HIV抗体(bNAb)注射之后,在没有接受ART治疗的情况下实现了长时间的HIV抑制。这些研究结果表明在未来联合bNAb疗法可能为HIV感染者提供了一种日常ART的替代方案。相关研究结果于2022年6月1日在线发表在Nature期刊上,论文标题为“Combination anti-HIV antibodies provide sustained virological suppression”。 尽管口服抗逆转录病毒药物在控制HIV水平方面非常有效,但是对一些HIV感染者来说,坚持每天服药可能是困难的。此外,这些药物可能会因终身使用而产生长期的副作用,并为耐药性病毒的产生提供了可能性。在之前的研究中,单一的bNAb在抑制HIV病毒水平方面只显示出有限的成功,部分原因是抵抗bNAb的HIV要么已经存在,要么在个体身上出现。为了解决这个问题,这些作者测试了两种bNAb---3BNC117和10-1074---的联合使用(下称3BNC117/10-1074),它们靶向HIV表面的不同部分。 这些作者在2018年9月至2021年1月期间进行了一项由两部分组成的临床试验。第一部分是一项1期随机、安慰剂对照临床试验,涉及14名HIV参与者。这些参与者在感染的早期阶段开始了ART治疗,而且在第一次注射3BNC117/10-1074或安慰剂后不久就停止了ART治疗。这些参与者接受了最多八次3BNC117/10-1074或安慰剂的注射---第一个月两次,此后每月一次,为期24周。每两周测量一次HIV病毒水平和CD4+T细胞计数。 这项新研究的目的是看看在没有ART治疗的情况下,3BNC117/10-1074治疗是否能抑制HIV。在接受3BNC117/10-1074治疗的7名参与者中,没有人在注射后28周之前重新开始ART治疗,相比之下,在接受安慰剂的7名参与者中,有6人重新开始ART治疗。停用ART治疗的时间中位数分别为39.6周(3BNC117/10-1074治疗组)和9.4周(安慰剂对照组)。 4.JCI Insight:抗体依赖性细胞毒性可能有助于防止母乳喂养期间的HIV母婴传播 doi:10.1172/jci.insight.159435 在一项新的研究中,来自美国疾病控制与预防中心、波士顿大学医学院和波士顿医学中心的研究人员发现称为抗体依赖性细胞毒性(antibody dependent cellular cytotoxicity,ADCC)的抗体功能和HIV毒株的ADCC敏感性可能会影响HIV在母乳喂养期间从母亲到婴儿的传播。这些数据提示着,通过疫苗等方式增强ADCC可能不足以防止HIV传播,因为慢性感染者体内可能携带对ADCC有抗性的毒株。这些研究结果为疫苗可能需要诱导的免疫学特征提供了新的见解,以帮助阻止HIV传播。相关研究结果于2022年3月24日发表在JCI Insight期刊上,论文标题为“Antibody-dependent cellular cytotoxicity(ADCC)responses along with ADCC susceptibility influence HIV-1 mother to child transmission”。 这些作者评估了暴露于HIV-1的婴儿的传播前血浆以及相应的传播性和非传播性母亲的母乳和血浆中的ADCC和中和抗体(nAb)特性,这些样品来自一个明确界定的HIV母婴传播队列。所有的母亲都是HIV感染者,而他们的婴儿出生时未受感染。尽管所有的婴儿在出生后一年内都是母乳喂养,但有些婴儿感染了HIV,而有些则没有。 在一个明确确定的母婴HIV传播队列中评估了来自暴露于HIV-1的婴儿的传播前血浆、来自相应的传播性和非传播性母亲的母乳和血浆中的ADCC和中和抗体特性。所有这些母亲都感染了HIV,而她们的婴儿出生时未受感染。虽然所有婴儿都是母乳喂养到一岁,但有些人感染了HIV,而有些人没有。 这项新的研究表明,具有较高的传播前ADCC和暴露于更多的ADCC易感毒株的婴儿不太可能感染HIV-1。这意味着消除传播的努力将需要既改善高危人群的ADCC反应,又考虑到最有可能传播这种病毒的感染者体内循环的HIV毒株的ADCC敏感性。 5.Nat Commun:在HIV-1治疗后控制者中,短暂的病毒暴露驱动体液免疫反应 doi:10.1038/s41467-022-29511-1 极少数的HIV-1感染者被称为“治疗后控制者(post-treatment controller,PTC)”,他们在中断所有抗逆转录病毒治疗后能够控制他们体内的感染。了解支配他们免疫反应的基本机制对于开发HIV-1疫苗和实现缓解的新型治疗策略都是至关重要的。在一项新的研究中,来自法国多家研究机构的研究人员探究了一些观察到短暂的病毒活动的治疗后控制者的体液免疫反应---也被称为抗体介导的免疫反应。他们发现这些治疗后控制者的体液免疫反应既有效又强劲,这可能有助于在没有治疗的情况下控制HIV-1感染。相关研究结果于2022年4月11日发表在Nature Communications期刊上,论文标题为“Transient viral exposure drives functionally-coordinated humoral immune responses in HIV-1 post-treatment controllers”。论文通讯作者为巴斯德研究所体液免疫学实验室主任Hugo Mouquet博士。 在HIV-1感染者中,有很小一部分人在接受早期治疗并维持数年后,当他们的治疗被中断时,有能力长期控制这种病毒。然而,这种控制的机制还没有被完全阐明。 这些作者对治疗后控制者进行了详尽的研究,以便与治疗后非控制者相比,描述他们的体液免疫反应(即他们产生的B细胞和特定抗体)。他们发现体液免疫反应的情况根据在受试者身上观察到的病毒活动而有所不同。 在经历短暂的病毒活动的治疗后控制者中,这种病毒在中断治疗后恢复了低水平的活动,短暂暴露于病毒抗原会诱发(1)强烈的抗HIV-1体液免疫反应,包括更频繁地干预HIV-1包膜特异性记忆B细胞;(2)产生具有交叉中和作用的抗体,具有“效应”抗病毒活性,先天免疫细胞识别与这些抗体结合的受感染细胞,从而促使它们被清除;(3)血液中非典型记忆B细胞和活化辅助性T细胞亚群的增加。 这种特异性的、多功能的、强劲的体液免疫反应可以帮助在没有治疗的情况下控制感染。然而,其他在治疗中断后HIV-1仍持续检测不到的治疗后控制者没有形成强烈的体液免疫反应。这些作者继续对这些患者的控制机制进行调查。 6.Nature:科学家发现抗HIV-1抗体治疗可抑制病毒感染 doi:10.1038/s41586-022-04597-1 HIV-1感染仍然是一个无法治愈的公共卫生问题。抗逆转录病毒疗法(ART)在抑制病毒复制和预防疾病进展方面非常有效,但由于潜伏前病毒库稳定地整合到CD4 T细胞基因组中,因此需要终身药物管理。在没有抗逆转录病毒治疗的情况下,向人类施用抗HIV-1广泛中和抗体(bNAbs)是安全的,并且能够有效地预防感染,降低病毒血症和维持抗体敏感病毒的病毒抑制。有人提出,广泛中和抗体可以作为ART的辅助药物,或作为旨在诱导长期无ARTHIV-1缓解的独立维持治疗。近日,洛克菲勒大学的研究学者们在Nature上发表了一篇题为“Prolonged viral suppression with anti-HIV-1 antibody therapy”的学术论文,评估了重复bNAb联合治疗维持长期病毒抑制的有效性及其对HIV感染者潜伏病毒库的大小和组成的影响。 在本研究中,研究人员进行了一项临床研究,其中HIV感染者在存在或不存在ART的情况下,在20周内接受了七剂两种广泛中和抗体3BNC117和10-1074的组合,对其安全性、耐受性和抗病毒活性进行了研究。 研究发现,3BNC117和10-1074的药代动力学特征在病毒抑制期间与同时存在的抗逆转录病毒药物无关,并且在20周内多次给药后不会改变。在没有预先筛查抗体敏感性的情况下,17名(76%)可评估的1组受试者中有13名在ART停用后至少20周内保持病毒抑制。在第20周后仍然受到抑制的个体中,反弹时3BNC117和10-1074的平均血清浓度分别为3.5和28.3μg·ml−1。为了检查病毒单克隆抗体敏感性测试对病毒反弹时间的潜在影响,研究人员对储库和血浆反弹病毒进行了事后分析。研究发现,事后敏感性分析并不能预测病毒反弹的时间。在病毒被抑制20周以上的个体中,当其中一种抗体的血清浓度达到10μg·ml−1以下时,会出现反弹的病毒血症。在接受所有七个抗体剂量的人中,有两个人在一年后保持了抑制。抗体治疗6个月后进行的储库分析显示完整的前病毒储库的大小和组成发生了变化。相比之下,这些人的缺陷库没有明显的减少。 7.Nature子刊:利用高通量液滴微流控技术对来自接受ART药物治疗的HIV感染者的HIV前病毒及其宿主整合位点进行测序 doi:10.1038/s41551-022-00864-8 人类免疫缺陷病毒(HIV)的感染是通过将它的基因组整合到受感染的宿主细胞中,进入可逆的潜伏状态,从而逃避抗逆转录病毒治疗(ART)。在单个细胞中对HIV前病毒(provirus,即病毒基因组整合进宿主细胞DNA的HIV)和相邻的宿主DNA连接(DNA junctions)进行测序的能力可以突出它的作用机制和在受感染细胞中的持久性。然而,由于背景人类DNA的数量高出1.5亿倍,这一实验很难进行。 在一项新的研究中,来自加州大学旧金山分校、华盛顿大学、美国国家卫生研究院和陈-扎克伯格生物中心的研究人员通过高通量微流控分析---对天然环境下的的HIV DNA进行基于液滴的全基因组扩增,展示了全长的HIV前病毒如何连接到HIV-宿主DNA连接。他们进行了PCR反应来标记含有HIV前病毒的液滴,对来自当时正在接受抑制性ART治疗的HIV感染者的受感染细胞进行测序和检测,以检测和测序成对的HIV前病毒基因组和整合位点。这项研究试图改善对持久受到HIV病毒感染的细胞库(下称HIV病毒库)的遗传分析。相关研究结果于2022年3月28日在线发表在Nature Biomedical Engineering期刊上,论文标题为“Droplet-microfluidics-assisted sequencing of HIV proviruses and their integration sites in cells from people on antiretroviral therapy”。 这项新的研究表明,与现有的PCR方法相比,这些作者开发的方法使得他们能够更有效地研究HIV前病毒。他们通过表征潜伏的HIV病毒库的特征,对体内的HIV遗传图谱进行了全面的分析,突出了HIV病毒库在HIV持续存在中的作用。现有的方法是具有挑战性的,因为稀缺性和缺乏明确的表面标志物来识别遭受HIV潜伏感染的细胞。他们利用所描述的SIP-Seq方法,提供了一种快速、经济和可扩展的过程,他们将它应用于接受ART治疗的感染者,以突出潜伏的HIV病毒库中存在的克隆扩增细胞(clonally expanded cells)。这一策略适用于所有HIV感染,也适用于其他在生命周期中具有整合状态的病毒性疾病。 8.Stem Cell Rep:科学家识别出对HIV耐受的免疫细胞的可持续来源 doi:10.1016/j.stemcr.2022.03.003 基因工程技术能让机体免疫细胞对HIV和SIV产生一定的耐受性,近日,一篇发表在国际杂志Stem Cell Reports上题为“Generation of SIV-resistant Tcells and macrophages from nonhuman primate induced pluripotent stem cells with edited CCR5 locus”的研究报告中,来自威斯康星大学麦迪逊分校等机构的科学家们通过研究利用这种对HIV耐受的免疫细胞进行患者临床试验取得了非常可喜的成果,研究人员找到了从猴子机体中制造大量抗病毒免疫细胞的方法,其或能允许科学家们未来在临床前动物模型中进行这种免疫疗法的安全性和有效性试验,这项令人鼓舞的研究或许能帮助开发出治疗HIV感染的新型可替代策略。 Igor Slukvin等人建立了一种临床前模型,用于从猴子机体中产生并检测iPSC所衍生的工程化T细胞。利用名为CRISPR/Cas9的基因编辑工具,研究人员提出了编码特定蛋白CCR5的基因代码,CCR5对于HIV进入到宿主机体T细胞中非常重要,随后剔除了CCR5的猴子iPSCs就能转化为T细胞,但同时其也受到了SIV的挑战。让研究人员高兴地是,工程化的T细胞能被保护免于SIV的感染,而且携带完整CCR5的T细胞能很容易就被感染;接下来的实验结果表明,iPSC衍生的CCR5被剔除的T细胞或能在SIV感染的猴子体内存活且发挥功能,同时还能帮助控制甚至消除病毒感染。 综上,本文研究结果表明,研究人员开发了一种新型平台来帮助进一步在非人类灵长类动物模型中探索基于基因编辑的iPSCs是否能作为治疗HIV/AIDS的新型疗法。 9.Nat Commun:科学家发现HIV潜在药物靶点! doi:10.1038/s41467-022-29346-w 人类免疫缺陷病毒(HIV)通过操纵宿主分子结构进行复制和传播。那些对病毒复制所必需的或可促进病毒复制的宿主蛋白和复合物被称为依赖性因子,而那些抑制病毒复制的宿主蛋白和复合物被称为限制因子。抑制依赖性因素的作用或增强限制性因素的活性可能会显著限制病毒的复制和传播,因此,这些因素可以作为治疗干预的靶标。迄今为止,科学家们已经筛选了上百个HIV宿主因子,描述了它们与病毒蛋白、核酸或核糖核蛋白复合物的直接相互作用。然而,这些宿主因子绝大多数尚未在原代细胞中得到功能验证。近日,发表在Nat Commun上的一篇题为“A functional map of HIV-host interactions in primary human Tcells”的学术论文使用CRISPR-Cas9 RNPs在原代CD4+T细胞中系统靶向了426个与HIV生命周期有关的基因,确定了它们对HIV复制的功能影响,同时进行深度测序,以量化每个扰动的等位基因敲除效率,监测HIV-1激发后7天内病毒感染情况。 研究人员在364个靶向基因中实现了有效的敲除(>50%的等位基因),并确定了86个改变HIV感染的候选宿主因子。这些因子中有47个通过独立供体中的多重基因编辑进行验证,包括23个具有限制性活性的因子。这23个限制因子在敲除时增加HIV复制,而62个基因产生依赖因子表型,减少敲除时HIV复制;一个基因PELO产生了依赖于供体的冲突表型。进一步研究发现,在候选依赖性因子中,细胞计数随着时间的推移而增加,与保护免受持续病毒感染的细胞病变效应一致。而限制因子敲除后细胞计数随时间推移而减少,与病毒感染增加和细胞死亡增加一致。没有表型但具有有效编辑的因子导致细胞计数随时间没有显着变化。基因编辑效率和HIV-1表型在独立供体中高度一致。在86个候选宿主因子中,40个先前与NCBI基因参考功能(GeneRIF)数据库中的HIV感染有关,而46个未曾报道过在HIV感染中的作用,且其中几个代表了潜在的药物靶点,为理解HIV生物学提供了许多新的途径。 10.Virol J:利用UV-LED灯可高度有效杀死冠状病毒和HIV doi:10.1186/s12985-022-01754-w 在一项新的研究中,来自加拿大多伦多大学士嘉堡校区的研究人员办公室和公共场所使用的灯泡可以用来消灭冠状病毒和HIV。他们利用可以在白光和有消毒作用的紫外线(UV)之间交替使用的UV-LED灯杀死了这两种病毒。相关研究结果近期发表在Virology Journal期刊上,论文标题为“A UV-LED module that is highly effective at inactivating human coronaviruses and HIV-1”。论文通讯作者、多伦多大学士嘉堡校区生物科学系助理教授Christina Guzzo说,通过廉价的改装,它们也可能用于许多标准的照明装置中,为公共场所带来“独特的吸引力”。 Guzzo说,“如果能够杀死这些孢子,那么就可以合理地说,我们应该能够杀死在环境中经常遇到的大多数病毒。”在紫外线照射的20秒内,这些孢子的生长下降了99%。 这些作者随后构建出含有冠状病毒或HIV的飞沫,以模拟人们在公共场合遇到病毒的典型方式,如咳嗽、打喷嚏和出血。然后将这些飞沫暴露在紫外线下,并放入培养物中,以观察是否有任何病毒保持活性。仅仅暴露30秒,这两种病毒的感染能力就下降了93%。 查看详细>>

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7 3月24日世界结核病防治日 结核病研究领域最新研究进展! 2022-03-24

结核病一种因结核分枝杆菌感染所引起的严重疾病,其主要通过呼吸道传播,WHO发布的《2021年全球结核病报告》指出,目前结核病仍对全球的公共卫生造成严重威胁,据估计,2020年全球新发结核病患者987万,150万人死于结核病;我国新发肺结核人数为84.2万,仅次于印度,居全球第二位。 3月24日是全球第27个防治结核病日,今年的结核病日的主题是“生命至上全民行动共享健康终结结核”。本文中,小编整理了近年来科学家们在结核病研究领域取得的最新研究进展,分享给大家! 【1】Nat Commun:科学家识别出一种有望帮助开发结核病新型疗法的潜在靶点 doi:10.1038/s41467-021-26941-1 人类病原体结核分枝杆菌依赖于宿主机体的脂肪酸作为碳源,然而,脂肪酸的β-氧化作用是由多余的酶类所介导的,这或许就会阻碍靶向作用这一通路的抗结核病药物的开发。近日,一篇发表在国际杂志Nature Communications上题为“Multiple acyl-CoA dehydrogenase deficiency kills Mycobacterium tuberculosis in vitro and during infection”的研究报告中,来自威尔康乃尔医学院等机构的科学家们通过研究发现,结核分枝杆菌或许有一个让人意想不到的弱点,未来或有望开发靶向作用这一弱点的结核病药物。 文章中,研究人员调查了一种此前从未被深入研究过的结核分枝杆菌酶类所扮演的关键角色,并发现,该酶类对于结核分枝杆菌分解可用的脂肪酸来提供能量和分子组件用于生长和生存至关重要,仅仅剔除这种称之为EtfDMtb的酶类或许就会使得结核分枝杆菌无法在小鼠机体中持续进行感染。Sabine Ehrt教授表示,这种酶类是一种非常具有吸引力的结核病药物靶点,沉默其表达不仅能让细菌挨饿,还会对其产生额外的毒性效应。 这一发现源于Tiago Beites博士的观察发现,当其在分析结核分枝杆菌的蛋白功能时,他注意到两种蛋白或与人类代谢酶类ETF-α和ETF-β有着非常相似的地方,ETF-α和ETF-β参与到了脂肪酸的代谢过程中,而且其发生突变还会引发代谢性疾病。深入研究后研究人员最终发现了两种结核分枝杆菌蛋白,研究者将其命名为EtfAMtb和EtfBMtb,其能共同作用形成一种酶类,且能与另一种结核分枝杆菌酶类(EtfDMtb)一起工作,来执行一种类似的代谢功能,具体而言就是称之为脂肪酸β氧化的分解相关过程。 【2】Cell Rep Med:一种新型策略或有望帮助开发有效的结核病疫苗 doi:10.1016/j.xcrm.2021.100372 尽管卡介苗(BCG)能为机体提供部分保护力,但结核病仍然是引发感染性疾病死亡的主要原因,而且每年大约有高达150万人因结核病而死亡;近日,一篇发表在国际杂志Cell Reports Medicine上题为“A recombinant bovine adenoviral mucosal vaccine expressing mycobacterial antigen-85B generates robust protection against tuberculosis in mice”的研究报告中,来自普渡大学等机构的科学家们通过研究开发了一种新型策略,其或能帮助开发治疗结核病的新型有效疫苗。 结核分枝杆菌(Mtb,Mycobacterium tuberculosis)是引发全球人群感染死亡的主要原因,每年大约会引发150万人死亡,全球大约三分之一的人群都会发生Mtb的隐性感染;而卡介苗被广泛用作抵御结核病的疫苗,但其对新生儿和成人肺结核的保护作用并不一样;然而卡介苗所提供的保护作用在婴儿群体中大约在0%-80%之间不等,儿童会常规接种疫苗,但Mtb传播到大脑和结核性脑膜炎仍然会发生。 这篇研究报告中,研究人员联合研究,通过纳入了一种自噬介导的抗原呈递,开发出了一种新型的TB疫苗配方,从而就能在机体中开启增强的T细胞反应,研究者指出,这种新型配方或能改善机体结核病特异性免疫反应。研究者Mittal博士表示,我们的疫苗策略在没有卡介苗或提前接种卡介苗的情况下同样有效;这一点很重要,因为Mtb流行的国家中大多数人群都已经接种了卡介苗进行结核病的预防了。 【3】EMI:我国科学家解析结核杆菌核糖体大亚基与抗生素结合的三维结构 doi:10.1080/22221751.2021.2022439 由结核杆菌引起的结核病是全球重要的慢性疾病。据世界卫生组织发布的《2019年全球结核病报告》数据,全球结核潜伏感染人群约17亿,占全人群的1/4左右,结核病仍是全球前10位死因之一。目前结核杆菌耐药性问题日益严重,了解结核杆菌耐药机制并研发新的治疗结核病药物对实现“终止结核病策略”意义重大。 近日,复旦大学和北京大学为主的联合团队在《Emerging Microbes&Infections》杂志上发表了题为“Cryo-EM structure of Mycobacterium tuberculosis 50S ribosomal subunit bound with clarithromycin reveals dynamic and specific interactions with macrolides”的文章,该研究解析了结核杆菌核糖体大亚基与大环内酯类抗生素克拉霉素(Clarithromycin,CTY)结合的冷冻电镜三维结构。 研究团队发现抗生素CTY结合位点位于结核杆菌核糖体大亚基新生肽链通道靠近rRNA第2062位腺嘌呤(A2062)的位置,与其他大环内酯抗生素的结合位置基本一致。研究团队基于研究获得的密度图,认为结合CTY的结核杆菌大亚基的A2062存在两种构象;与已发表的核糖体与大环内酯结合的结构比较,认为A2062与特定的大环内酯类抗生素结合的动力学可能调节肽基转移酶向翻译阻滞方向发展。该研究对结核杆菌核糖体大亚基A2062与大环内酯类药物的动力学研究结果,可能有助于合理设计下一代抗结核药物,以对抗日益严重的结核杆菌耐药问题。 【4】Nat Commun:全基因组测序揭示结核分枝杆菌的抗生素“预抗性”特征! doi:10.1038/s41467-021-27616-7 细菌全基因组测序的最新进展让研究人员成功绘制出了结核分枝杆菌抗生素耐药基因组特征的完整目录;近日,一篇发表在国际杂志Nature Communications上题为“Genomic signatures of pre-resistance in Mycobacterium tuberculosis”的研究报告中,来自帝国理工学院等机构的科学家们通过研究首次发现了细菌中“预抗性”(pre-resistance)存在的迹象,相关研究结果或能帮助临床医生未来选择针对细菌性感染的最佳疗法。 文章中,研究人员对3000多份结核病样本进行全基因组测序,并在近20年里来追踪患者的结核病感染情况;结核分枝杆菌(MTB)是一种影响肺部功能的细菌性感染性疾病,2020年在传染病引发的死亡病例中其所引发的死亡仅次于COVID-19;如果使用正确的抗生素进行治疗的话,结核病患者就能被治愈,但治疗的时间很长,而且很多患者会面临无法获得足够医疗保健的风险,如果患者无法完成整个治疗过程,或者没有药物以及药物质量较差的话,就会出现耐药性结核病的发生。 多重耐药性的结核病是一种巨大且不可持续的人类疾病负担,如今研究人员在少数国家已经发现了完全耐药的菌株,由于卫生系统正在努力应对当前新冠疫情,全球结核病治疗的进展已经大大放缓了。为了能够更好地理解并最终开发治疗结核病的新型疗法,这篇研究报告中,研究人员首次揭示了如何在耐药性突变发生之前预防结核病患者所出现的耐药性,研究人员将这一概念称之为“预抗性”,即当诸如病毒或细菌等致病微生物在未来产生耐药性的内在风险更大时。 【5】The FASEB J:科学家发现结核抵抗人群抵御结核分枝杆菌感染的固有免疫机制 doi:10.1096/fj.202100614R 结核病(TB)是由结核分枝杆菌(Mtb)引起的一类重大传染性疾病。据世卫组织发布的最新报告,在2020年,全球有近990万结核病患者,并有约151万人因结核感染导致死亡。中国科学院微生物研究所刘翠华课题组长期致力于研究Mtb等重要病原菌与宿主相互作用的分子机制,近年来发表系列研究工作,在病原菌与宿主相互作用机制方面取得重要成果,为抗结核治疗及药物研发提供了多种新思路和潜在新靶点。 以往认为,健康个体受到Mtb感染时,往往会发展成为潜伏感染者或活动性TB患者。有趣的是,近年来临床上发现有一部分与TB患者持续密切接触的个体,既不发展为活动性TB患者并显示出相关症状,也未表现出潜伏感染者的免疫学诊断特征。这类长期密切接触病原菌的健康个体被称作TB抵抗者。 目前对于这类TB抵抗者的抗感染免疫机制所知甚少,深入揭示相关机制有望为TB的预防和治疗提供新线索和新策略。近日,刘翠华课题组与首都医科大学附属北京胸科医院教授逄宇团队合作,揭示了TB抵抗者人群在应对Mtb感染时的固有免疫应答特征。该合作研究发现:与对照组、潜伏感染者及活动性TB患者相比,TB抵抗者的外周血单核巨噬细胞在受到Mtb侵染时,可产生更高水平的TNF-α、IL-1β及IL-6等细胞因子,并且其清除胞内病原菌的能力更强。 随后的一系列筛选及功能验证实验结果表明:在Mtb感染过程中,组蛋白去乙酰化酶6(HDAC6)仅在TB抵抗者来源的巨噬细胞中维持稳定的表达水平及酶活性,而在其他实验组人群中出现显着下降。同时,进一步抑制或沉默HDAC6可阻抑TB抵抗者来源巨噬细胞中细胞因子的分泌以及其中含Mtb的囊泡的酸化能力。这些结果提示,TB抵抗者来源的巨噬细胞高效清除Mtb感染的能力依赖于HDAC6,后者可能是一个促进细胞因子产生以及自噬流畅通进而加速Mtb清除的关键宿主因子。综上,该研究揭示了TB抵抗者人群依赖HDAC6清除Mtb感染的固有免疫新机制,为临床上TB患者密切接触者的TB感染和发病风险预测提供了重要新标识,并为靶向宿主的TB治疗提供了新思路。 【6】PLoS Pathog:识别出结核分枝杆菌抑制宿主机体免疫力的新型通路 doi:10.1371/journal.ppat.1009712 当结核分枝杆菌(Mtb)感染一个人时,机体的免疫反应对于疾病的进展过程至关重要,即要么帮助机体抵御结核分枝杆菌,要么加速感染进程。近日,一篇发表在国际杂志PLoS Pathogens上题为“Mycobacterium tuberculosis inhibits the NLRP3 inflammasome activation via its phosphokinase PknF”的研究报告中,来自马里兰大学等机构的科学家们通过研究发现了一种结核分枝杆菌引发机体免疫细胞降低其防御力的新方式,尤其是,研究人员在结核分枝杆菌中识别出了一种特殊基因,其或能抑制被感染的人类细胞中的免疫防御力,从而加速感染的进程。 本文研究或为开发基于基因的疗法或预防性疗法来治疗结合病提供了一种有效的靶点,据世界卫生组织数据显示,全球每年大约由1000万人患结核病,而且有100-200万名患者死于该病。当前的疗法仅有85%的效果,而且耐多药结核病对全球多个地方的公共卫生构成了极大的威胁。 研究者Volker Briken教授表示,为了开发出新型治疗性靶点,理解细菌蛋白与人类细胞相互作用的机制就显得尤为重要了;让我们兴奋的是,本文研究中我们发现了一种新型的相互作用形式,即结核分枝杆菌与人类细胞中的信号系统之间的相互作用,其对于细胞抵御病原体的防御力至关重要,这种相互作用形式在此前并未被科学家们观察到。 这篇研究报告中,研究人员利用结核分枝杆菌或一种非毒力的细菌来感染名为巨噬细胞的白细胞,结果发现,名为炎性小体的蛋白复合体或在感染结核分枝杆菌的细胞中会明显受到限制,但在感染了非毒力细菌的细胞中则不会;这种炎性小体能“调查”细胞内部的病原体并向细胞发出信号来启动免疫反应。 【7】Cell:新研究揭示结核杆菌的脆弱性基因和非脆弱性基因 doi:10.1016/j.cell.2021.06.033 开发防治结核病的药物可能是一件令人沮丧的事情。一旦发现对细菌的生命周期至关重要的基因,科学家们急于开发抑制该靶标的药物,然后是失望。一系列靶向必需基因靶标的化合物对结核杆菌的生长几乎没有影响。这种细菌继续生存。科学家们又回到了原点。 如今,一项新的研究有助于解释为何基于靶标的抗生素在起步阶段遇到如此多的麻烦。一个答案是,必需基因靶标在对抗生素的脆弱程度上有所不同。来自美国洛克菲勒大学和威尔康乃尔医学院的研究人员发现,理想的靶标是如此容易受到攻击,以至于当它被轻微抑制时,细胞就无法生存。另一方面,非脆弱性基因(invulnerable gene)可以经受住几乎完全的抑制,在遭受抗生素的攻击时也能勉强维持足够的靶标活性而使细胞存活。此外,这些作者首次对病原体的脆弱性进行了量化,产生了一个指数,用于根据使基因失效并使细胞瘫痪所需的抑制量对结核杆菌中的几乎每一个必需基因进行排名。相关研究结果于2021年7月22日在线发表在Cell期刊上,论文标题为“Genome-wide gene expression tuning reveals diverse vulnerabilities of M.tuberculosis”。 研究者表示,基于靶标的药物发现的失败往往归因于化合物的问题,比如它无法穿过细菌包膜。这是硬币的另一面。如果你选择了一个高度脆弱的基因靶标,你就没有为自己的成功做好准备。”新的抗菌药物通常来自广泛的筛选试验。科学家们将化合物文库倾倒在实验室里培养的细菌上,看看哪些化合物能阻止细菌进一步生长。这是一种快速和非常有效的方法--每一种被批准用于治疗结核病的药物都是以这种方式发现的。 【8】Cell Chem Bio:新型抗生素可治疗耐药性结核杆菌感染 doi:10.1016/j.chembiol.2021.03.008 结核分枝杆菌的抗药性突变会对影响有效疗法的开发。在最近发表在Cell Chemical Biology杂志上的一项研究中,来自瑞典Karolinska Institutet的Robert Schnell团队评估了针对分枝杆菌细胞壁重塑的单环β-内酰胺化合物的杀菌效果。 通过针对L.D-转肽酶-2(LdtMt2,结核分枝杆菌的有效靶标)进行设计,作者合成和表征了一系列新型N-硫代-β-内酰胺。生化分析评估了这些候选药物,并从中确定了五种化合物,它们具有与美洛培南相同或更高的靶标特异性动力学常数。质谱结合晶体学结构共同表明上述五个N-硫代-β-内酰胺类化合物通过一种非常规的方式起作用,即将硫残基从内酰胺环转移到LdtMt2的活性位半胱氨酸,进而导致靶蛋白的长期失活。最后,在体外针对结核分枝杆菌的药物敏感性和多重耐药临床分离株中评估了上述候选药物,从而证实了这些新型化合物杀伤分枝杆菌的作用。 【9】AJHG:利用古老的DNA或能揭示结核病塑造人类机体免疫系统功能的分子机理 doi:10.1016/j.ajhg.2021.02.009 COVID-19是一种对人类生活产生巨大影响的新型传染病,近日,来自法国巴斯的研究所等机构的科学家们通过研究利用古老的人类DNA揭示了结核病是如何在过去2000年里影响欧洲人群的健康的,尤其是这种疾病对人类基因组所产生的影响,相关研究结果刊登在国际杂志American Journal of Human Genetics上,该研究不仅能帮助研究人类的进化遗传学特性,还能揭示遗传因素如何影响机体免疫系统的功能。 研究者Lluis Quintana-Murci说道,今天的人类是那些在许多诸如环境改变和大型流行病等事件中幸存下来的人群的后代,这些流行病包括黑死病、西班牙流感和肺结核等。文章中,研究人员利用人口的遗传特性解析了自然选择如何对我们机体的基因组产生影响;他们重点对基因TYK2的突变体(名为P1104A)进行研究,此前研究人员发现,当P1104A突变体是纯合子时,当机体感染结核分枝杆菌后,该突变体与人群患病风险增加有关。TYK2会通过对干扰素信号通路产生影响来参与到机体免疫功能中。 【10】Cell Host&Microbe:科学家发现有望帮助治疗和控制结核病感染的潜在靶点 doi:10.1016/j.chom.2020.11.013 近日,一篇刊登在国际杂志Cell Host&Microbe上的研究报告中,来自德州生物医学研究所等机构的科学家们通过研究发现了一种新型通路来治疗并控制结核病(TB),结核病是一种由结核分枝杆菌(Mtb)引发的疾病,利用单细胞RNA测序技术(scRNAseq),科学家们就能深入阐明诱发结核病感染和潜伏期的分子机制。 这项研究中,研究人员首次利用scRNAseq对猕猴的结核病进行了深入研究,研究者Kaushal解释道,单细胞RNAseq是过去3-4年发展起来的一种新技术,其能让我们以更高的分辨率更细致地观察机体的免疫反应。如今我们就能够观察机体对Mtb感染所产生的免疫反应,在某些病例中,感染会进展为疾病;而在其它病例中感染则会得到有效控制。 如今,全球结核病相关的死亡人数下降了30%,然而据WHO数据显示,仅2019年就有140万人死于结核病,这种疾病仍然是困扰低收入国家人群的主要传染病之一;这也是因新冠病毒对全球卫生系统的影响所导致的COVID-19负面影响的几种疾病之一。结核病主要通过感染者的咳嗽或打喷嚏来传播,然而潜伏型结核病患者并不具有传染性,结核病是可以预防和治疗的,但如果被另外的侵入性感染(比如HIV感染)干扰的话,潜伏型的结核病就会转变活动型的结核病,如今耐药性依然是临床治疗所面临的一个主要障碍。 查看详细>>

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8 2021年11月HIV研究亮点进展 2021-12-01

人类免疫缺陷病毒(human immunodeficiency virus,HIV),即艾滋病(AIDS,获得性免疫缺陷综合征)病毒,是造成人类免疫系统缺陷的一种病毒。1983年,HIV在美国首次发现。它是一种感染人类免疫系统细胞的慢病毒(lentivirus),属逆转录病毒的一种。HIV通过破坏人体的T淋巴细胞,进而阻断细胞免疫和体液免疫过程,导致免疫系统瘫痪,从而致使各种疾病在人体内蔓延,最终导致艾滋病。由于HIV的变异极其迅速,难以生产特异性疫苗,至今无有效治疗方法,对人类健康造成极大威胁。 自上世纪八十年代以来,艾滋病的流行已经夺去超过3400万人的生命。据世界卫生组织(WHO)统计,据估计,2017年,全世界有3690万人感染上HIV,其中仅59%的HIV感染者接受抗逆转录病毒疗法(ART)治疗。目前为止HIV仍然是全球最大的公共卫生挑战之一,因此急需深入研究HIV的功能,以帮助研究人员开发出可以有效对抗这种疾病的新疗法。为阻止病毒大量复制对免疫系统造成损害,HIV感染者需要每天甚至终身服用ART。虽然服用ART已被证明能有效抑制艾滋病发作,但这类药物价格昂贵、耗时耗力且副作用严重。人们急需找到治愈HIV感染的方法。 即将过去的11月份,有哪些重大的HIV研究或发现呢?生物谷小编梳理了一下这个月生物谷报道的HIV研究方面的新闻,供大家阅读。 1.Immunity:确诊后立即开始抗逆转录病毒治疗可降低HIV患者的癌症风险 doi:10.1016/j.immuni.2021.10.021 HIV感染者患皮肤癌和粘膜癌的风险增加,即使由于接受抗逆转录病毒治疗(ART),他们的血液中不再能检测到HIV病毒。在一项新的研究中,来自奥地利维也纳医科大学、路德维希-玻尔兹曼罕见与未诊断疾病研究所(LBI-RUD)和奥地利科学院CeMM分子医学研究中心的研究人员发现HIV感染者开始ART治疗的时间可以影响肿瘤产生。相关研究结果于2021年11月22日在线发表在Immunity期刊上,论文标题为“Delayed antiretroviral therapy in HIV-infected individuals leads to irreversible depletion of skin-and mucosa-resident memory Tcells”。 HIV(人类免疫缺陷病毒)感染并破坏了表面携带特定分子(CD4受体)的T细胞。在这种疾病的过程中,这些CD4+T细胞被大量消耗,这与感染的风险增加有关。对HIV感染者进行ART治疗可以抑制病毒复制,减少病毒载量,使血液中不再能检测到HIV。这再次增加了血液中CD4+T细胞的数量,从而使患者对HIV的易感性恢复到正常。 也就是说,尽管经过多年的最佳ART治疗,HIV感染者仍然有更大的风险患上皮肤癌和粘膜癌。特别是,他们患那些由人类乳头瘤病毒(HPV)引起的癌症形式的风险更高。感染HIV的男性患HPV相关的肛门癌的风险比HIV阴性者高36倍之多。 2.eLife:揭示HIV对疗法产生耐受性及耐受性不断进化的分子机制 doi:10.7554/eLife.69032 20世纪80年代末,当HIV疗法被首次引入时,患者往往会在治疗的6个月内对疗法产生耐受性。20世纪90年代所引入的三重药物疗法就旨在改变这一情况,即使病毒会对其中一种疗法产生耐药性,但也会有另外两种药物能有效阻断其感染并改善患者的病情,这就实现了基本减轻HIV耐药性的问题,当然,在理论上是这样的,但很不幸的是,一些患者仍然会产生药物耐受性,这就给科学家们留下了一个问题,到底是为什么呢? 研究人员指出,时至今日,我们还有很多事情仍然并不明白,比如为何在使用三重药物疗法治疗HIV感染时,患者会产生耐受性?近日,一篇发表在国际杂志eLife上题为“Understanding patterns of HIV multi-drug resistance through models of temporal and spatial drug heterogeneity”的研究报告中,来自华盛顿大学等机构的科学家们通过研究就对上述问题进行了研究和解释。 通过利用两种计算机模型,研究者表示,这些观察结果或许是由于随着时间和整个机体的变化所产生的药物异质性所致,尽管患者同时接收三种HIV疗法,但药物往往有自己的半衰期,且患者并不总是会坚持疗法策略,这可能就会导致患者在真正接受其中一种药物治疗的情况下出现窗口期,从而导致药物耐受性的发生和进化。同时,药物也会不均匀地渗透到机体中,这就意味着在患者机体的某些部位,或许仅有一种药物能发挥有效作用,这就再次给病毒制造了机会产生对药物的耐受性和传播的风险。 3.Science子刊:解析出HIV病毒衣壳的三维结构,有助于开发出靶向HIV衣壳的抗病毒药物 doi:10.1126/sciadv.abj5715 在一项新的研究中,来自英国牛津大学、哈韦尔科学与创新园区和美国特拉华大学等研究机构的研究人员利用一种基于电子断层成像和子断层扫描图平均化(subtomogram averaging)的新技术,解析出HIV衣壳单独存在时和与宿主因子结合在一起时的结构。他们还利用从电子断层成像获得的信息建立了整个HIV衣壳的原子模型,他们认为这可能作为开发靶向HIV衣壳的抗病毒药物的蓝图。相关研究结果发表在2021年11月19日的Science Advances期刊上,论文标题为“Structure of native HIV-1 cores and their interactions with IP6 and CypA”。论文通讯作者为牛津大学结构生物学教授、钻石电子生物成像中心主任Peijun Zhang博士。 由于HIV-1病毒衣壳的亚稳定性,以适合高分辨率结构分析的数量和浓度分离完整的天然衣壳一直是个挑战;在用去污剂(一种传统的衣壳纯化方法)溶解膜后,衣壳会发生人为的解离。 Ni博士说,“为了解决这个问题,Zhang及其研究团队设计了一种新的方法。我们用一种穿孔毒素给HIV病毒样颗粒的膜打孔,而不是用去污剂提取,这避免了与病毒颗粒裂解和病毒核心(viral core)分离有关的损伤,但也可使病毒衣壳可以被外部细胞因子和小分子所接触。” 4.Ann Intern Med:发现第二例自然实现清除性治愈的HIV感染者 doi:10.7326/L21-0297 在感染期间,HIV将它的基因组整入到细胞的DNA中,形成所谓的病毒库。在这种状态下,这种病毒有效地躲避抗HIV药物和身体的免疫反应。在大多数感染者中,新的HIV病毒颗粒不断从这种病毒库中产生。抗逆转录病毒药物(ART)可以阻止新病毒的产生,但不能消除这种病毒库,因此必须每天进行ART药物治疗以抑制这种病毒。有些称为精英控制者(elite controller)的感染者具有能够抑制HIV的免疫系统,因而不需要ART药物治疗。虽然他们仍然携带这种病毒库,可以产生更多的HIV病毒,但一种被称为杀伤性T细胞的免疫细胞可以维持对这种病毒的抑制,而不需要ART药物治疗。 美国拉根研究所成员Xu Yu博士一直在研究精英控制者的HIV病毒库。她的研究团队发现一名HIV感染者的基因组中没有完整的HIV病毒序列,这表明她的免疫系统可能已经消除了HIV病毒库---科学家称之为清除性治愈(sterilizing cure)。Yu的团队对这名称为“旧金山患者(San Francisco Patient)”的患者的数十亿个细胞进行了测序,寻找任何可用于制造新病毒的HIV序列,结果没有发现。这一非凡的发现,是第一个已知的无需干细胞移植的清除性治愈病例,已于2020年在Nature期刊上报道过(Nature,2020,doi:10.1038/s41586-020-2651-8,参见相关生物谷新闻报道---Nature:揭秘HIV精英控制者体内特殊HIV病毒库的特性!)。 如今,Yu团队报告了第二例未经治疗的称为埃斯佩兰萨患者(Esperanza Patient)的HIV感染者,与旧金山患者一样,在对埃斯佩兰萨患者的超过11.9亿个血细胞和5亿个组织细胞的基因组测序中没有发现完整的HIV基因组。这份报告可能代表了清除性治愈的第二个例子。相关研究结果于2021年11月16日在线发表在Annals of Internal Medicine期刊上,论文标题为“A Possible Sterilizing Cure of HIV-1 Infection Without Stem Cell Transplantation”。 5.PLoS Pathog:揭示HIV感染细胞表面上的糖分子在躲避免疫系统中起着重要作用 doi:10.1371/journal.ppat.1010034 在一项新的研究中,来自美国威斯塔研究所的研究人员发现受到HIV病毒感染的细胞(即HIV感染细胞)表面的关键特征如何帮助这种病毒逃避免疫系统的检测。它还显示了这些特征如何能够被禁用。这些发现是向一类新的治疗方法迈出的第一步,其目的不仅仅是抑制这种病毒的复制,而且还要杀死那些阻碍我们治愈HIV感染的持久性病毒携带细胞(即持久携带HIV的细胞)。相关研究结果于2021年11月11日发表在PLoS Pathogens期刊上,论文标题为“Siglec-9 defines and restrains anatural killer subpopulation highly cytotoxic to HIV-infected cells”。 在这项新的研究中,这些作者观察了HIV感染细胞表面上的一类叫做唾液酸的糖分子。这类糖分子与对抗疾病的“天然杀伤性”免疫细胞表面上的特殊受体(称为siglec)结合在一起。当被激活时,这些受体作为抑制剂,抑制这些杀伤性免疫细胞并使它们停止杀戮。Abdel-Mohsen说,“我们想,‘这些HIV感染细胞是否有可能利用这种相互作用--用这些糖类覆盖自己来逃避天然杀伤性免疫细胞的监视呢?’” Abdel-Mohsen实验室发现情况确实如此,这些HIV感染细胞可以利用这种抑制性连接来逃避免疫监视。他们随后调查了他们是否能够操纵这种连接,使得杀伤性免疫细胞更有效地杀死HIV感染细胞。首先,他们研究了使杀伤性免疫细胞的抑制剂siglec失效是否会释放出它们的全部杀伤力。然而,这可能会导致杀伤性免疫细胞不分青红皂白地攻击,同时破坏健康和不健康的细胞。他们随后将注意力转向了HIV感染细胞。他们使用了一种叫做唾液酸酶(sialidase)的酶来去除激活免疫抑制剂siglec的唾液酸糖。然而,这再次影响了所有的细胞,导致杀伤性免疫细胞不分青红皂白地攻击。最后,他们开发了一种与HIV抗体相连的唾液酸酶偶联物。这种抗体-唾液酸酶偶联物只靶向HIV感染细胞表面上的唾液酸。随着这些HIV感染细胞表面上的唾液酸被清除,杀伤性免疫细胞攻击并杀死了它们,而不伤害健康细胞。 6.PLoS Biol:揭示HIV感染者快速衰老和慢性炎症的根源 doi:10.1371/journal.pbio.3001387 在一项针对HIV感染者的突破性研究中,来自加拿大阿尔伯塔大学的研究人员发现难以捉摸的称为中性粒细胞的白细胞在T细胞功能受损和数量下降以及与这种病毒相关的慢性炎症中发挥了作用。相关研究结果近期发表在PLoS Biology期刊上,论文标题为“Neutrophils promote T-cell activation through the regulated release of CD44-bound Galectin-9 from the cell surface during HIV infection”。 在这项新的研究中,Elahi和他的团队检查了116名HIV感染者和60名未感染者的新鲜血液。他们对这两组参与者的中性粒细胞中表达的所有基因进行了全面测序,以确定他们之间的任何差异。 Elahi说,“我们发现并非所有HIV感染者都有类似的中性粒细胞类型。随着HIV疾病的进展,中性粒细胞变得更加活跃和更加有力,并反过来激活身体的T细胞,这很可能导致与HIV感染相关的一些问题,如炎症和快速老化。” 7.Brain Commun:揭示HIV患者出现慢性神经性疼痛的潜在大脑机制 doi:10.1093/braincomms/fcab260 远端感觉性多发性神经病(distal sensory polyneuropathy,DSP)是HIV感染中最普遍的神经系统问题,影响50%的HIV患者。大多数HIV-DSP患者描述他们的手或脚有麻木、刺痛、烧灼和刺痛的感觉,这损害了日常功能,并可能导致失业和抑郁。 以前对DSP的研究大多集中在周围神经系统,但神经损伤不能完全解释DSP症状的广泛差异性。在一项新的研究中,来自美国加州大学圣地亚哥分校和加州大学旧金山分校的研究人员转而研究了大脑,看看这如何促成患者的神经性疼痛。相关研究结果于2021年10月30日在线发表在Brain Communications期刊上,论文标题为“Association of painful human immunodeficiency virus distal sensory polyneuropathy with aberrant expectation of pain relief:functional magnetic resonance imaging evidence”。 这些作者观察到HIV-DSP患者在经历痛苦刺激时的独特大脑活动模式。与其他HIV患者相比,HIV-DSP患者显示出前脑岛(anterior insula)的活动增加,其中前脑岛是一个参与预测和情感上处理疼痛的大脑区域。 8.Nat Commun:口腔免疫功能障碍与HIV感染过程中FOXP3+PD-1+Amphiregulin+T细胞的扩增有关 doi:10.1038/s41467-021-25340-w 尽管接受了联合抗逆转录病毒治疗(cART),HIV感染者仍然存在残余的全身性炎症和粘膜免疫功能障碍,但对其背后的免疫机制了解甚少。美国凯斯西储大学牙科医学院生物科学副教授Pushpa Pandiyan及其研究团队一直致力于探索这背后的免疫机制。 在一项新的研究中,Pandiyan团队发现正在服用抗逆转录病毒药物(防止HIV在体内扩散的药物)的HIV感染者的口腔功能障碍部分是由于免疫系统中通常会抑制炎症的调节性T细胞(Treg)出现功能失调。因此,Treg细胞没有减少炎症,并通过持续的功能障碍导致这些感染者变得更容易患上其他疾病(如牙周病)以及遭受可能的病毒和真菌感染。相关研究结果近期发表在Nature Communications期刊上,论文标题为“Oral immune dysfunction is associated with the expansion of FOXP3+PD-1+Amphiregulin+T cells during HIV infection”。 这些作者报告接受抗逆转录病毒治疗的HIV感染者口腔粘膜的免疫景观(immune landscape)的改变涉及Toll样受体(TLR)和炎性体信号的增加,局部CD4+T细胞的过度激活,以及违反直觉的FOXP3+T细胞富集。口腔扁桃体培养物的HIV感染在体外导致表达PD-1、IFN-γ、Amphiregulin和IL-10的FOXP3+T细胞增加。这些细胞即使在有抗逆转录病毒药物的情况下也会持续存在,并在TLR2配体和IL-1β的刺激下进一步扩大。 9.PNAS:科学家揭示早期HIV-1感染发生背后的分子机制 doi:10.1073/pnas.2102884118 许多病毒会直接参与并需要动力蛋白-动力蛋白激活蛋白马达适配复合体(dynein–dynactin motor–adaptor complex),以便沿着微管(MTs)运输到细胞核中并开始感染;HIV-1就能利用动力蛋白、动力蛋白适配体BICD2和核心动力蛋白激活蛋白亚单位;但与其它病毒却不一样,其并不需要动力蛋白激活蛋白-1(DCTN1),目前研究人员并不清楚HIV-1的变异的动力蛋白所参与的策略以及独立于DCTN1的背后的原因和分子机制。 近日,一篇发表在国际杂志PNAS上题为“Dynactin 1negatively regulates HIV-1 infection by sequestering the host cofactor CLIP170”的研究报告中,来自美国西北大学等机构的科学家们通过研究发现,一种微管调节蛋白或能抑制早期HIV-1的感染。很多病毒都需要动力蛋白-动力蛋白激活蛋白马达适配复合体,该复合体主要负责沿着细胞骨架上的微管结构来将货物运输到细胞核中,而病毒则能利用这种复合体来抵达宿主细胞核并开始其感染之旅。 很多病毒能直接与微管运动蛋白结合从而在细胞中移动,但此前研究结果表明,HIV-1能利用一种不同的细胞机制来间接与马达适配复合体接触,此外,其也并不需要DCTN1蛋白,DCTN1是动力蛋白激活蛋白货物适配器的核心组分。通过分析被HIV-1感染的细胞,研究者Naghavi及其同事就发现,DCTN1能通过干扰病毒核心或病毒基因组周围核衣壳与宿主细胞内的关键辅因子(非蛋白化学物质)之间的相互作用的能力,来抑制早期的HIV-1感染。 具体而言,DCTN1能与细胞质连接蛋白170(CLIP170)竞争结合HIV-1颗粒,CLIP170是一种微管正端追踪蛋白(+TIP),此前研究人员已经证明了其在进入到宿主细胞之前能帮助调节病毒内核的稳定性。这篇研究报告中,研究者发现,DCTN1并不是作为一种动力蛋白激活蛋白复合体的组分来影响感染,而是作为+TIP,与CLIP170结合并阻断其与未进入的HIV-1颗粒发生相互作用。 10.Viruses:揭示小聚阴离子对逆转录病毒组装的影响 doi:10.3390/v13010129 逆转录病毒将其基因组副本插入其入侵的宿主细胞DNA中,从而改变该细胞的基因组的病毒。一旦进入宿主细胞的细胞质,这种病毒在逆转录过程中利用其逆转录酶(transcriptase)从其RNA基因组中产生DNA。然后,宿主细胞将病毒DNA视为其基因组的一部分,将病毒基因与细胞的基因一起转录和翻译,产生组装病毒新副本所需的蛋白。然后,新的DNA被一种整合酶(integrase)纳入宿主细胞的基因组中,此时的逆转录病毒DNA被称为前病毒(provirus)。 捷克布拉格化学技术学院的Michaela Rumlová博士说,“人们认为,不成熟的逆转录病毒颗粒的组装主要是由CA-CA和NC-病毒基因组RNA的蛋白-蛋白和蛋白-核酸相互作用分别刺激的。然而,越来越多的证据表明,蛋白与小分子的相互作用在刺激逆转录病毒六聚体晶格的形成中也占有重要地位。生化和结构数据的结合提供了证据,证明小分子六磷酸肌醇(IP6)影响了HIV-1未成熟颗粒的组装。” 数据显示,与连接CA-NC区段的某些结构相似性相反,只有一些逆转录病毒演化出一种使用小聚阴离子分子作为未成熟六聚体晶格的稳定剂的策略。虽然HIV-1以及很可能其他慢病毒的未成熟颗粒的组装以浓度依赖的方式被IP6稳定,在蛋白六聚体:IP6的比例为1:1时达到峰值,但发现α逆转录病毒和γ逆转录病毒RSV和MLV的成员的组装也分别被聚阴离子增强,但相互作用的模式仍然不清楚。 这些作者总结道,“我们的结果表明,RSV和MLV的未成熟颗粒的组装确实分别被肌醇六磷酸(myo-inostol hexaphosphate)和肌醇的存在所刺激。相反,没有观察到对作为β逆转录病毒成员的M-PMV组装的影响。” 查看详细>>

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9 2021年11月CRISPR/Cas最新研究进展 2021-12-01

基因组编辑技术CRISPR/Cas9被《科学》杂志列为2013年年度十大科技进展之一,受到人们的高度重视。2020年10月,德国马克斯-普朗克病原学研究所的Emmanuelle Charpentier博士以及美国加州大学伯克利分校的Jennifer A.Doudna博士因在CRISPR-Cas9基因编辑方面做了的贡献荣获2020年诺贝尔化学奖。 CRISPR是规律间隔性成簇短回文重复序列的简称,Cas是CRISPR相关蛋白的简称。CRISPR/Cas最初是在细菌体内发现的,是细菌用来识别和摧毁抗噬菌体和其他病原体入侵的防御系统。 2018年11月26日,中国科学家贺建奎声称世界上首批经过基因编辑的婴儿---一对双胞胎女性婴儿---在11月出生。他利用一种强大的基因编辑工具CRISPR-Cas9对这对双胞胎的一个基因进行修改,使得她们出生后就能够天然地抵抗HIV感染。这也是世界首例免疫艾滋病基因编辑婴儿。这条消息瞬间在国内外网站上迅速发酵,引发千层浪。有部分科学家支持贺建奎的研究,但是更多的是质疑,甚至是谴责。 即将过去的11月份,有哪些重大的CRISPR/Cas研究或发现呢?小编梳理了一下这个月生物谷报道的CRISPR/Cas研究方面的新闻,供大家阅读。 1.Nat Commun:利用CRISPR/dCas9靶向阻断DNA甲基转移酶,可揭示特定启动子上DNA去甲基化的功能作用 doi:10.1038/s41467-021-25991-9 在一项新的研究中,来自加拿大麦吉尔大学的研究人员展示了他们如何通过使用CRISPR/dCas9基因组编辑技术,在体外培养的小鼠和人类细胞中成功地去除特定基因的DNA甲基化。相关研究结果近期发表在Nature Communications期刊上,论文标题为“Unraveling the functional role of DNA demethylation at specific promoters by targeted steric blockage of DNA methyltransferase with CRISPR/dCas9”。 具体而言,这些作者优化了一种基于CRISPR/dCas9的无酶甲基化定向编辑系统,并发现表明该系统能够通过对DNA甲基转移酶活性进行立体干扰实现体外的选择性甲基化和细胞内的被动去甲基化。他们绘制了干扰区域的大小,优化了这种编辑系统,使作为靶标的CpG几乎完全去甲基化,而没有可检测到的脱靶效应,并分析了几个人类和小鼠基因中遗传上不同区域去甲基化的转录后果。在此过程中,他们提供了证据,表明近端启动子上的DNA去甲基化在某些情况下会增加基因的表达,但在其他情况下不会,这在不同程度上取决于基因组背景,而且DNA去甲基化可能促进对其他因子的反应。 2.Cell Rep:利用装载CRISPR的病毒来感染肠道菌群或能阐明微生物组基因编辑的潜能 doi:10.1016/j.celrep.2021.109930 对人类微生物组在疾病易感性和疾病疗法中作用机理的研究,由于缺乏从复杂群体中精确添加或移除微生物菌株或基因的方法而受到了一定的限制。近日,一篇发表在国际杂志Cell Reports上题为“Phage-delivered CRISPR-Cas9 for strain-specific depletion and genomic deletions in the gut microbiome”的研究报告中,来自加利福尼亚大学等机构的科学家们通过研究成功利用DNA编辑系统—CRISPR改变了生活在哺乳动物肠道中细菌的基因组,这一进展或代表了科学家们理解微生物组的研究进展,最终有望帮助开发治疗肠道相关疾病的新型疗法。 在这篇具有里程碑意义的研究中,研究人员从生活在小鼠肠道中的大肠埃希氏菌中移除了大块的基因,同时还改变了其消化系统中细菌群落的整体组成;研究者Peter Turnbaugh博士指出,我们已经证明了能在哺乳动物的肠道微生物组中进行首个稳定的基因编辑,而这或许是尝试对肠道内细菌进行工程化改造的起点。 3.Cancer Res:科学家发现CRISPR基因编辑技术和突变癌细胞之间新型关联 doi:10.1158/0008-5472.CAN-21-1692 p53是一种能保护细胞免于DNA损伤的特殊蛋白,在利用CRISPR技术进行基因编辑时其能被激活;而失活的p53突变是癌症中最丰富的遗传改变,携带突变p53的细胞往往拥有一定的生存优势,其最终可能会导致癌症发生。近日,一篇发表在国际杂志Cancer Research上题为“CRISPR/Cas9-induced DNA damage enriches for mutations in ap53-linked interactome:implications for CRISPR-based therapies”的研究报告中,来自瑞典卡罗琳学院等机构的科学家们通过研究发现了CRISPR、p53和其它癌基因之间的新型关联,这或许能在不影响“基因魔剪”有效性的情况下有效预防突变细胞的积累,相关研究结果或为后期科学家们进一步在精准医学研究做出成绩提供了新的思路。 如今研究人员已经知道,当p53处于活性状态时,CRISPR技术的效果往往较差,但与此同时,缺少p53会让细胞开始失控生长并发生癌变;在一半以上的癌症类型中,p53的基因都会发生突变并且无法保护细胞抵御失控的分裂,因此避免这种突变细胞的积累就变得非常重要了。这篇文章中,研究人员发现,当应用CRISPR技术时,携带p53失活突变的细胞就会获得一种生存优势,同时其也能在混合的细胞群中不断积累。此外,研究人员还识别出了一种能将基因与对p53突变有相似效应的突变相关联的一种特殊网络,而且他们发现,短暂地抑制p53或许是一种可能性的药物性策略来预防携带此类突变的细胞发生富集。 研究者Long Jiang表示,在CRISPR背景下抑制p53似乎是矛盾的,然而有些研究报道支持这一观点,即p53的抑制会让CRISRP技术变得更加有效;本文中,研究者也发现这或许能够抵消p53和一些相关基因发生突变的细胞发生富集或积累。本文研究对于未来CRISPR技术的临床应用具有一定的促进作用,因为研究者识别出了一种可能性的候选基因网络,当对细胞应用CRISPR技术时就需要严格控制细胞中所出现的突变。另一种可能性的结论就是,短暂抑制p53或许能作为一种减少突变细胞富集的新型策略。研究者还指出,DNA损伤反应或许能作为开发更加精确的导向RNA序列的一种可能性的标志,该序列或能被用来揭示CRISPR技术所要改变的DNA序列的位点。 4.Nat Commun:开发出优化碱基编辑器的新策略 doi:10.1038/s41467-021-26789-5 在一项新的研究中,来自美国莱斯大学的研究人员试图通过提前微调CRISPR碱基编辑策略来避免基因编辑错误。他们将理论和实验结合起来开发出一种构建更好的碱基编辑器的综合方法,其中碱基编辑器在单碱基分辨率下靶向修复有问题的DNA。相关研究结果近期发表在Nature Communications期刊上,论文标题为“A general theoretical framework to design base editors with reduced bystander effects”。论文通讯作者为莱斯大学化学与生物分子工程师Xue Sherry Gao和化学家Anatoly Kolomeisky。 具体而言,这些作者优化了一种基于CRISPR/dCas9的无酶甲基化定向编辑系统,并发现表明该系统能够通过对DNA甲基转移酶活性进行立体干扰实现体外的选择性甲基化和细胞内的被动去甲基化。他们绘制了干扰区域的大小,优化了这种编辑系统,使作为靶标的CpG几乎完全去甲基化,而没有可检测到的脱靶效应,并分析了几个人类和小鼠基因中遗传上不同区域去甲基化的转录后果。在此过程中,他们提供了证据,表明近端启动子上的DNA去甲基化在某些情况下会增加基因的表达,但在其他情况下不会,这在不同程度上取决于基因组背景,而且DNA去甲基化可能促进对其他因子的反应。 2.Cell Rep:利用装载CRISPR的病毒来感染肠道菌群或能阐明微生物组基因编辑的潜能 doi:10.1016/j.celrep.2021.109930 对人类微生物组在疾病易感性和疾病疗法中作用机理的研究,由于缺乏从复杂群体中精确添加或移除微生物菌株或基因的方法而受到了一定的限制。近日,一篇发表在国际杂志Cell Reports上题为“Phage-delivered CRISPR-Cas9 for strain-specific depletion and genomic deletions in the gut microbiome”的研究报告中,来自加利福尼亚大学等机构的科学家们通过研究成功利用DNA编辑系统—CRISPR改变了生活在哺乳动物肠道中细菌的基因组,这一进展或代表了科学家们理解微生物组的研究进展,最终有望帮助开发治疗肠道相关疾病的新型疗法。 在这篇具有里程碑意义的研究中,研究人员从生活在小鼠肠道中的大肠埃希氏菌中移除了大块的基因,同时还改变了其消化系统中细菌群落的整体组成;研究者Peter Turnbaugh博士指出,我们已经证明了能在哺乳动物的肠道微生物组中进行首个稳定的基因编辑,而这或许是尝试对肠道内细菌进行工程化改造的起点。 3.Cancer Res:科学家发现CRISPR基因编辑技术和突变癌细胞之间新型关联 doi:10.1158/0008-5472.CAN-21-1692 p53是一种能保护细胞免于DNA损伤的特殊蛋白,在利用CRISPR技术进行基因编辑时其能被激活;而失活的p53突变是癌症中最丰富的遗传改变,携带突变p53的细胞往往拥有一定的生存优势,其最终可能会导致癌症发生。近日,一篇发表在国际杂志Cancer Research上题为“CRISPR/Cas9-induced DNA damage enriches for mutations in ap53-linked interactome:implications for CRISPR-based therapies”的研究报告中,来自瑞典卡罗琳学院等机构的科学家们通过研究发现了CRISPR、p53和其它癌基因之间的新型关联,这或许能在不影响“基因魔剪”有效性的情况下有效预防突变细胞的积累,相关研究结果或为后期科学家们进一步在精准医学研究做出成绩提供了新的思路。 如今研究人员已经知道,当p53处于活性状态时,CRISPR技术的效果往往较差,但与此同时,缺少p53会让细胞开始失控生长并发生癌变;在一半以上的癌症类型中,p53的基因都会发生突变并且无法保护细胞抵御失控的分裂,因此避免这种突变细胞的积累就变得非常重要了。这篇文章中,研究人员发现,当应用CRISPR技术时,携带p53失活突变的细胞就会获得一种生存优势,同时其也能在混合的细胞群中不断积累。此外,研究人员还识别出了一种能将基因与对p53突变有相似效应的突变相关联的一种特殊网络,而且他们发现,短暂地抑制p53或许是一种可能性的药物性策略来预防携带此类突变的细胞发生富集。 研究者Long Jiang表示,在CRISPR背景下抑制p53似乎是矛盾的,然而有些研究报道支持这一观点,即p53的抑制会让CRISRP技术变得更加有效;本文中,研究者也发现这或许能够抵消p53和一些相关基因发生突变的细胞发生富集或积累。本文研究对于未来CRISPR技术的临床应用具有一定的促进作用,因为研究者识别出了一种可能性的候选基因网络,当对细胞应用CRISPR技术时就需要严格控制细胞中所出现的突变。另一种可能性的结论就是,短暂抑制p53或许能作为一种减少突变细胞富集的新型策略。研究者还指出,DNA损伤反应或许能作为开发更加精确的导向RNA序列的一种可能性的标志,该序列或能被用来揭示CRISPR技术所要改变的DNA序列的位点。 4.Nat Commun:开发出优化碱基编辑器的新策略 doi:10.1038/s41467-021-26789-5 在一项新的研究中,来自美国莱斯大学的研究人员试图通过提前微调CRISPR碱基编辑策略来避免基因编辑错误。他们将理论和实验结合起来开发出一种构建更好的碱基编辑器的综合方法,其中碱基编辑器在单碱基分辨率下靶向修复有问题的DNA。相关研究结果近期发表在Nature Communications期刊上,论文标题为“A general theoretical framework to design base editors with reduced bystander effects”。论文通讯作者为莱斯大学化学与生物分子工程师Xue Sherry Gao和化学家Anatoly Kolomeisky。 mTORC1是细胞营养物感应机制中的一个关键酶开关。在这项新的研究中,这些作者试图确定将mTORC1与免疫系统功能联系起来的调节因子。他们使用全基因组CRISPR筛选来确定Treg细胞中编码这些调节因子的基因。这个过程就像从一堆不同的拼图中挑出关键的拼图块。他们利用CRISPR技术靶向小鼠基因组中大约2万个基因中的每一个,筛选了在上调或下调mTORC1活性的条件下被激活的Treg细胞。他们随后确定了几十个激活或失活mTORC1的基因。这些发现包括一些以前未知的调节因子。 SEC31A被确定为通过与GATOR2组分SEC13相互作用来促进mTORC1的激活,从而让它不受SKP1依赖的蛋白酶体降解的影响。因此,SEC31A的缺失会损害小鼠的T细胞激活和Treg细胞的抑制功能。此外,SWI/SNF复合物限制了氨基酸传感蛋白CASTOR1的表达,从而增强了mTORC1的激活。 7.Nat Commun:谨慎使用!基于CRISPR基因编辑技术的疗法或会产生携带致癌突变的细胞! doi:10.1038/s41467-021-26788-6 最近有研究表明,通过CRISPR–Cas9进行基因组编辑或会在原代细胞中诱导p53所介导的DNA损伤反应,从而阻碍细胞的生长,这或许就会导致对已经存在的p53突变的细胞的选择。近日,一篇发表在国际杂志Nature Communications上题为“A systematic genome-wide mapping of oncogenic mutation selection during CRISPR-Cas9 genome editing”的研究报告中,来自美国国立卫生研究院等机构的科学家们通过研究发现,基于CRISPR-Cas9的基因编辑(尤其是基因敲除)或许会让细胞产生于癌症相关的基因突变形式,这些研究发现强调了对接受基于CRISPR-Cas9的基因编辑疗法来修饰癌症相关基因突变患者及时监测的必要性。 CRISPR-Cas9的工作原理是在DNA序列的特定位点上产生双链DNA断裂,从而就能使得科学家们靶向作用并编辑特定的基因,然而,p53基因能通过抑制细胞生长来对双链的断裂产生反应,这意味着经历CRISPR细胞的生长和分裂效率会降低,而且携带p53基因突变的细胞会持续生长并分裂,从而使其更具优势。如果发生基因组错误,p53基因就会停止细胞分裂,并试图纠正细胞出现的问题;如果错误不能被修复的话,p53就会在细胞发生癌变之前开启程序性的细胞死亡,这就使得p53成为了一种关键的抗癌基因,失去其功能就会让人们对肿瘤更加易感。P53基因如此重要以至于其被称之为基因组的守护者。 研究者Eytan Ruppin指出,这篇文章中,我们分析了p53对近1000个人类细胞系中出现的双链断裂所产生的反应,在几乎所有的细胞类型中,我们都发现,当进行CRISPR-Cas9所介导的基因敲除后,携带正常p53基因的细胞就会表现出生长减缓,而携带突变p53基因的细胞则受到的影响较小,从而就能使其生长迅速且优于正常细胞;此外研究者还发现,CRISPR或能介导携带其它癌症相关突变的细胞表现出一定的优势,比如携带KRAS癌基因的细胞等。这并不是研究者第一次揭示出CRISPR基因编辑技术或会引入潜在的危险改变,然而本文研究却是研究人员首次在多种人类细胞中揭示出CRISPR技术所带来的潜在影响。 8.Immunity:利用CRISPR筛选鉴定出新的抗炎药物靶标 doi:10.1016/j.immuni.2021.10.011 -在一项新的研究中,来自美国范德堡大学的研究人员发现一种在癌症生物学中被研究过并对T细胞功能很重要的代谢酶可能为抗炎治疗提供一种新的靶标。他们报告说,抑制这种称为MTHFD2的代谢酶或者从基因上剔除这种代谢酶,可以减少多种炎症性疾病模型中的疾病严重性。相关研究结果于2021年11月11日在线发表在Immunity期刊上,论文标题为“MTHFD2 is ametabolic checkpoint controlling effector and regulatory Tcell fate and function”。 为了系统地研究T细胞---对特定抗原(如病毒的表面蛋白)作出反应的白细胞--中的途径,Rathmell实验室的医学博士生Ayaka Sugiura利用基因组编辑技术CRISPR开发出一种筛选策略。她设计了CRISPR“向导”---向导RNA(gRNA),以选择性地灭活一氧化碳代谢途径中的每个基因,并将这种筛选工具引入分离的T细胞,仔细控制实验条件,使每个T细胞只有一个(或没有)灭活的基因。 通过在一种哮喘的动物模型中研究这些经过基因修饰的T细胞,Sugiura能够确定在疾病过程中对T细胞功能重要的基因。然后,她研究了每个鉴定出的基因在T细胞发育过程中和各种炎症性疾病患者中的表达。MTHFD2脱颖而出。Sugiura说,它在疾病状态和胚胎发育过程中高度表达,但在成体组织中却低水平表达,或者根本不表达。 9.Nature子刊:利用新型碱基编辑器实现可控的基因组编辑 doi:10.1038/s41589-021-00880-w 在一项新的研究中,来自美国宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院的研究人员开发出一种新型的基因编辑技术:通过分裂特定的突变酶然后触发它们重新组合在一起,在基因组中引入靶向突变。与其他现有技术相比,这种新型的基因编辑技术具有卓越的控制能力,并有可能在体内使用。相关研究结果于2021年10月18日在线发表在Nature Chemical Biology期刊上,论文标题为“Controllable genome editing with split-engineered base editors”。论文通讯作者为宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院的Rahul Kohli博士和Junwei Shi博士。 这些作者发现DNA脱氨酶可以被分割成两个无活性的部分,然后可以使用一种叫做雷帕霉素(rapamycin)的细胞渗透性小分子将它们重新组合起来。这种新的分裂-工程碱基编辑器(split-engineered base editor,eBE)可以被引入细胞中并在细胞内保持休眠,直到加入雷帕霉素,此时这种碱基编辑复合物可以迅速“开启”以改变基因组。 Kohli说,“我们新构建的eBE确实为研究和治疗提供了新的潜力。由于我们可以控制产生突变的时间,有可能在体内使用这种seBE通过改变一个基因来模拟疾病,类似于科学家控制基因敲除的时间,甚至有可能有一天为临床医生提供控制对患者的基因进行编辑的能力,以达到治疗的目的。” 查看详细>>

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10 2021年10月HIV研究亮点进展 2021-11-04

人类免疫缺陷病毒(human immunodeficiency virus,HIV),即艾滋病(AIDS,获得性免疫缺陷综合征)病毒,是造成人类免疫系统缺陷的一种病毒。1983年,HIV在美国首次发现。它是一种感染人类免疫系统细胞的慢病毒(lentivirus),属逆转录病毒的一种。HIV通过破坏人体的T淋巴细胞,进而阻断细胞免疫和体液免疫过程,导致免疫系统瘫痪,从而致使各种疾病在人体内蔓延,最终导致艾滋病。由于HIV的变异极其迅速,难以生产特异性疫苗,至今无有效治疗方法,对人类健康造成极大威胁。 自上世纪八十年代以来,艾滋病的流行已经夺去超过3400万人的生命。据世界卫生组织(WHO)统计,据估计,2017年,全世界有3690万人感染上HIV,其中仅59%的HIV感染者接受抗逆转录病毒疗法(ART)治疗。目前为止HIV仍然是全球最大的公共卫生挑战之一,因此急需深入研究HIV的功能,以帮助研究人员开发出可以有效对抗这种疾病的新疗法。为阻止病毒大量复制对免疫系统造成损害,HIV感染者需要每天甚至终身服用ART。虽然服用ART已被证明能有效抑制艾滋病发作,但这类药物价格昂贵、耗时耗力且副作用严重。人们急需找到治愈HIV感染的方法。 即将过去的10月份,有哪些重大的HIV研究或发现呢?生物谷小编梳理了一下这个月生物谷报道的HIV研究方面的新闻,供大家阅读。 1.Science子刊:α4β7整合素阻断有望延长广泛中和抗体对HIV的病毒学控制 doi:10.1126/scitranslmed.abf7201 在一项新的研究中,来自美国多家研究机构的研究人员启动了一系列动物研究,通过使用多方面的抗体军队来处理HIV感染。其中的一些抗体是中和抗体,作为单克隆抗体给试验动物使用。另一种被设计成具有不同任务的单克隆抗体发挥阻断的作用,阻止HIV感染过程中的一种关键因子继续发挥它的促进病毒复制的作用。相关研究结果近期发表在Science Translational Medicine期刊上,论文标题为“Blockingα4β7 integrin delays viral rebound in SHIVSF162P3-infected macaques treated with anti-HIV broadly neutralizing antibodies”。 洛克菲勒大学人口理事会生物医学研究中心的Ines Frank博士是这项探究这种单克隆抗体方法的研究的第一作者。Frank及其同事们开发的这种治疗方法在一种大型动物模型中延迟了HIV样病毒(HIV-like virus)---猿-人类免疫缺陷病毒(simian-human immunodeficiency virus,SHIV)---的反弹。他们研究了这些抗体对SHIV的影响。 通过使广泛中和抗体(bNAb)以及另一种针对某些细胞受体的抗体类型,这些作者发现有可能将SHIV在受感染动物体内的反弹时间推迟数周。对于一些试验动物来说,这种抗体组合所带来的一击,可以无限期地击退SHIV,这一发现为治愈HIV感染奠定了基础。 2.Nat Med:科学家发现两名HIV患者在停止治疗后机体的病毒得到有效控制及其背后的分子机理 doi:10.1038/s41591-021-01503-6 特定的HIV感染者在不进行ART治疗的情况下依然能够抑制机体HIV,而阐明其背后的机理对于开发治疗和预防HIV感染新型疗法至关重要。近日,一篇发表在国际杂志Nature Medicine上题为“Distinct mechanisms of long-term virologic control in two HIV-infected individuals after treatment interruption of anti-retroviral therapy”的研究报告中,来自美国国家过敏和传染病研究所等机构的科学家们通过研究发现,HIV感染者在医疗监督下停止抗逆转录病毒疗法后,其机体能利用两种不同的方式来控制体内的HIV,这一研究结果或有望帮助开发新型工具,在患者不服用会产生长期副作用的终身药物的情况下使得HIV得到有效控制及疾病得到有效缓解。 这篇研究报告中,研究人员对两名HIV患者进行了研究,这两名患者在感染HIV后不久就开始进行ART疗法并持续治疗长达6年多,从而机体成功地抑制了HIV病毒的进展;随后这两名个体加入到了HIV临床试验中并在医疗监督下停止了ART疗法的治疗。随后研究人员对其中一名患者进行了长达4年的跟踪调查,对另一名患者进行了长达5年的跟踪调查,大约每2-3周对其进行一次研究随访。 研究人员监测了每名患者机体病毒反弹的时间和规模,也就是说,其机体血液中HIV的水平达到可检测的阈值时;其中一名参与者听过断断续续地反弹抑制了病毒长达3.5年,此后其在没有告知研究人员的情况下自主停止进行不理想的ART治疗;而另一名参与者几乎在4年间完全抑制住了体内HIV的反弹,此时其体内的病毒反弹剧烈,因为该名患者感染上了另一种HIV毒株,这种现象称之为“双重感染”(superinfection)。 3.JCI:新型synTac蛋白平台有望帮助治疗HIV感染 doi:10.1172/JCI141051 近日,一篇发表在国际杂志Journal of Clinical Investigation上题为“T-cell receptor-specific immunotherapeutics drive selective in vivo HIV and CMV-specific T-cell expansion in humanized mice”的研究报告中,来自阿尔伯特-爱因斯坦医学院等机构的科学家们通过研究,利用他们所开发的能增强机体免疫反应的新型策略成功抑制了小鼠机体中的HIV感染,从而就为未来开发治疗HIV和其它慢性病毒性感染的新型功能性疗法提供了新的思路。 这篇研究报告中,研究人员所设计的蛋白质能选择性地刺激免疫系统中的CD8+杀伤性T细胞进行增殖,并特异性地攻击被HIV所感染的T细胞,研究者将这种蛋白质命名为synTac,即T细胞激活突触的简写(synTac,synapse for T-cell activation)。HIV会感染免疫系统中的CD4+T细胞,在过去25年里,HIV感染者能通过进行抗逆转录病毒疗法(ART)来控制其机体的感染,ART疗法是多种药物的组合性疗法,其能阻止HIV感染新的CD4+T细胞以及在细胞中增殖。 目前,任何疗法措施或许都不太可能会清除所有潜伏感染的T细胞,而研究者设计synTac蛋白的目的就是实现疾病的功能性治愈,其所诱导的强大免疫反应能抑制HIV,并使得患者在停止ART疗法后机体的HIV水平达到无法检测到的水平。文章中,研究人员首先在感染了HIV或巨细胞病毒(CMV)的人类血液样本中测试了抗HIV的synTac蛋白的功效,CMV是一种能感染并杀死免疫抑制状态患者的疱疹病毒;对于来自HIV和CMV感染的人类供体的血液样本而言,能特异性动员机体免疫反应抵御这些病毒的synTacs蛋白或能引发CD8+T细胞的选择性和有力的繁殖,这些细胞能表现出针对HIV和CMV强大的抗病毒活性。 随后,研究人员将针对HIV和CMV的特异性synTacs蛋白注射到了携带人源化免疫系统、感染病毒的小鼠体内,该系统能允许影响人类的病毒感染机体,比如HIV和CMV。synTacs蛋白能诱发人类HIV特异性的CD8+T细胞的水平增加32倍,同时还能使得人类CMV特异性的CD8+T细胞的水平增加46倍。在HIV和CMV感染的小鼠中,synTac所刺激的大量人类CD8+T细胞能潜在地抑制病毒感染,这就表明,synTac或许能为功能性地治愈HIV感染和CMV及其它病毒性感染提供新的机会和线索。 4.Autophagy:优化CD4 T细胞的能量代谢有助于抵抗HIV感染 doi:10.1080/15548627.2021.1972403 人类免疫缺陷病毒HIV-1特别攻击CD4 T细胞,即一种被认为是免疫系统的指挥细胞的白细胞。在一项新的研究中,加拿大魁北克国立科学研究院的Julien van Grevenynghe教授和Hamza Loucif博士生及其团队发现优化这些关键白细胞的能量代谢能够使HIV-1患者更好地抵御这种病毒。事实上,随着能量代谢的改善,这些白细胞在抵御这种病毒方面的作用变得更加重要,从而改善整个免疫系统的反应。相关研究结果近期发表在Autophagy期刊上,论文标题为“Autophagy-dependent glutaminolysis drives superior IL21 production in HIV-1-specific CD4 Tcells”。 这种能量代谢优化利用了一种称为自噬(autophagy)的细胞回收过程。这将产生积极的双重效果!CD4细胞中的自噬提供包括谷氨酰胺在内的氨基酸,为线粒体提供燃料,其中线粒体是细胞的能量工厂。这种能量然后被用来分泌一种称为白细胞介素-21(IL-21)的蛋白,它在防御HIV-1方面发挥着关键作用。 这些作者在之前的一项研究中已指出IL-21可以“重新训练”HIV患者的免疫系统。事实上,该蛋白优化了CD8 T细胞的能量供应,同样也优化了它们的防御系统。 5.Science子刊:破解HIV直接导致一种罕见癌症之谜 doi:10.1126/sciadv.abi8795 近十年来,科学家们已经知道HIV将自己整合到有可能导致癌症的细胞的基因组中。当这种情况发生在感染其他逆转录病毒的动物身上时,这些动物往往会患上癌症。但是,令人费解和幸运的是,这并不经常发生在HIV感染者身上。在一项新的研究中,来自美国国家癌症研究所和匹兹堡大学医学院的研究人员指出,他们发现了为何医生没有在HIV感染者中观察到较高的T细胞淋巴瘤发病率。相关研究结果发表在2021年10月13日的Science Advances期刊上,论文标题为“Insertional activation of STAT3 and LCK by HIV-1 proviruses in Tcell lymphomas”。 目前,任何疗法措施或许都不太可能会清除所有潜伏感染的T细胞,而研究者设计synTac蛋白的目的就是实现疾病的功能性治愈,其所诱导的强大免疫反应能抑制HIV,并使得患者在停止ART疗法后机体的HIV水平达到无法检测到的水平。文章中,研究人员首先在感染了HIV或巨细胞病毒(CMV)的人类血液样本中测试了抗HIV的synTac蛋白的功效,CMV是一种能感染并杀死免疫抑制状态患者的疱疹病毒;对于来自HIV和CMV感染的人类供体的血液样本而言,能特异性动员机体免疫反应抵御这些病毒的synTacs蛋白或能引发CD8+T细胞的选择性和有力的繁殖,这些细胞能表现出针对HIV和CMV强大的抗病毒活性。 随后,研究人员将针对HIV和CMV的特异性synTacs蛋白注射到了携带人源化免疫系统、感染病毒的小鼠体内,该系统能允许影响人类的病毒感染机体,比如HIV和CMV。synTacs蛋白能诱发人类HIV特异性的CD8+T细胞的水平增加32倍,同时还能使得人类CMV特异性的CD8+T细胞的水平增加46倍。在HIV和CMV感染的小鼠中,synTac所刺激的大量人类CD8+T细胞能潜在地抑制病毒感染,这就表明,synTac或许能为功能性地治愈HIV感染和CMV及其它病毒性感染提供新的机会和线索。 4.Autophagy:优化CD4 T细胞的能量代谢有助于抵抗HIV感染 doi:10.1080/15548627.2021.1972403 人类免疫缺陷病毒HIV-1特别攻击CD4 T细胞,即一种被认为是免疫系统的指挥细胞的白细胞。在一项新的研究中,加拿大魁北克国立科学研究院的Julien van Grevenynghe教授和Hamza Loucif博士生及其团队发现优化这些关键白细胞的能量代谢能够使HIV-1患者更好地抵御这种病毒。事实上,随着能量代谢的改善,这些白细胞在抵御这种病毒方面的作用变得更加重要,从而改善整个免疫系统的反应。相关研究结果近期发表在Autophagy期刊上,论文标题为“Autophagy-dependent glutaminolysis drives superior IL21 production in HIV-1-specific CD4 Tcells”。 这种能量代谢优化利用了一种称为自噬(autophagy)的细胞回收过程。这将产生积极的双重效果!CD4细胞中的自噬提供包括谷氨酰胺在内的氨基酸,为线粒体提供燃料,其中线粒体是细胞的能量工厂。这种能量然后被用来分泌一种称为白细胞介素-21(IL-21)的蛋白,它在防御HIV-1方面发挥着关键作用。 这些作者在之前的一项研究中已指出IL-21可以“重新训练”HIV患者的免疫系统。事实上,该蛋白优化了CD8 T细胞的能量供应,同样也优化了它们的防御系统。 5.Science子刊:破解HIV直接导致一种罕见癌症之谜 doi:10.1126/sciadv.abi8795 近十年来,科学家们已经知道HIV将自己整合到有可能导致癌症的细胞的基因组中。当这种情况发生在感染其他逆转录病毒的动物身上时,这些动物往往会患上癌症。但是,令人费解和幸运的是,这并不经常发生在HIV感染者身上。在一项新的研究中,来自美国国家癌症研究所和匹兹堡大学医学院的研究人员指出,他们发现了为何医生没有在HIV感染者中观察到较高的T细胞淋巴瘤发病率。相关研究结果发表在2021年10月13日的Science Advances期刊上,论文标题为“Insertional activation of STAT3 and LCK by HIV-1 proviruses in Tcell lymphomas”。 通常情况下,一些病毒将自己包裹在细胞膜中,然后通过从宿主细胞中出芽来实现退出。RetroCHMP3基因将这一过程延迟了足够长的时间,以至于病毒无法利用ESCRT途径从宿主细胞中逃出。 论文共同通讯作者、犹他大学医学院人类遗传学系进化遗传学家Nels Elde博士说,“这是一个意想不到的发现。我们感到惊讶的是,只要稍微放慢我们的细胞生物学,就会使病毒复制失去作用。” 查看详细>>

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