HIV感染发病和治疗中细胞因子的作用研究进展

张 美 吴 昊 张宏伟

(首都医科大学附属北京佑安医院感染科，北京100069)

艾滋病是由人类免疫缺陷病毒(human immunodeficiency virus，HIV)感染引起的以CD4T淋巴细胞免疫功能缺陷为主的一种综合性免疫缺陷疾病，在病理生理方面主要表现为免疫激活和CD4T细胞耗竭［1］。经过30多年的医学研究，联合抗病毒治疗可以抑制病毒复制，从而使艾滋病从一种被早期医学宣判为死刑的疾病转为一种可治疗和可控制的慢性疾病。但联合抗病毒治疗并不能根治艾滋病，仍然需要在HIV感染的发病和治疗方面继续探索，寻找新的治疗方法［2］。

细胞因子是一组由机体多种细胞分泌的信号蛋白，主要参与调节机体的免疫功能，此外，在机体的各个系统也广泛存在，发挥极为重要的生理调节作用，某些情况下可产生病理作用。HIV感染的发病涉及复杂的细胞因子的变化，细胞因子的变化甚至出现在CD4T细胞下降之前，是预测疾病进展的独立危险因子［3］。在艾滋病治疗中，细胞因子对于恢复宿主的免疫微环境可能具有十分重要的作用。本篇综述重点阐述细胞因子在HIV发病和治疗方面的作用。

1 HIV感染与免疫激活

HIV感染破坏免疫系统，导致免疫缺陷，同时伴有免疫激活。早期的研究［4］显示，HIV感染者中CD4T细胞出现选择性破坏并伴有免疫系统所有成分的异常激活。在病毒特异性适应性免疫应答中，免疫系统所有的细胞成分，包括B细胞、NK细胞、单核细胞、巨噬细胞和T细胞(HIV和非HIV特异性CD4和CD8T细胞)，均有免疫激活的表现。尤其是T细胞，免疫激活表现为T细胞显著增生，细胞表面激活标志物如HLA-DR和CD38表达增加，这种免疫激活与疾病进展的相关性比CD4T细胞和HIV RNA水平更为密切［5］。对于SIV感染模型的研究有助于深刻理解反转录病毒感染中免疫激活的作用。在自然宿主中，尽管病毒载量很高，但免疫激活水平较低［6］。这可能是这些动物能够长期存活的原因。

1.1 T细胞免疫激活

HIV感染者中一个矛盾的现象是CD4和CD8T细胞激活，同时伴有CD4T细胞库的耗竭及CD8T细胞的扩增。体内和体外的研究［7-8］显示，CD4和 CD8T细胞库的增生与HIV病毒血症的水平直接相关，在抗病毒治疗启动后随着病毒载量下降，T细胞增生的水平显著下降。然而，这些早期的研究并没有解释CD4T细胞的耗竭和CD8T细胞的扩增。这一现象可能是由于CD4和CD8T细胞亚群中激活途径的差异而引起的，其中研究的较为透彻的是T细胞稳态途径和感染/炎性反应应答途径。

1.1.1 稳态调节和炎性反应所致的CD4T细胞免疫激活

CD4T细胞库的稳态是一个动态过程，对于每个细胞来说只能进行有限的扩增以保持细胞库的多样性。在淋巴细胞减少时，如HIV诱导的淋巴细胞缺乏症、骨髓移植后以及特发性CD4T淋巴细胞减少，会出现一个维持稳态的反应，表现为稳态细胞因子白细胞介素-7(interleukin-7，IL-7)增加，T细胞增生。这一过程由细胞库大小的变化引起，目的是恢复CD4T细胞的稳态水平［9］。

一项大规模的体外增生试验［10］显示，CD4T细胞增生由CD4T耗竭和HIV病毒载量所致。CD4T细胞增生和CD4T细胞耗竭之间密切相关提示稳态调节参与HIV感染中CD4T细胞免疫激活。有关健康对照者和HIV感染者CD4T细胞自发性增生研究［11］显示，CD4T细胞增生受CD4T细胞计数的严格调控，这种调控机制在整个HIV感染过程均发挥作用。HIV诱导的淋巴细胞减少是驱动纯真CD4T细胞增生的主要力量，而记忆CD4T细胞增生与CD4T细胞耗竭和HIV RNA水平均相关。此外，猴免疫缺陷病毒(simian immunodeficiency virus，SIV)感染致病模型最近的报道［12］显示，在慢性SIV感染中纯真和记忆T细胞库稳态调节的途径不同。

1.1.2 HIV复制和炎性反应所致的CD8T细胞免疫激活

有关研究［10］显示，HIV RNA水平是CD8T细胞增生的主要因素，而与稳态调节无关。这与早期的研究［7］相一致，HIV感染者CD8T细胞的增生与病毒血症水平相关，在启动抗病毒治疗后显著下降。体内和体外研究［10-11］显示，纯真CD8T细胞增生的速度仅与HIV RNA水平有关，而非纯真CD4T细胞那样与HIV RNA水平和稳态维持均有关。CD8T细胞的增生不受CD4或CD8T细胞库大小的影响。这些结果显示CD4和CD8T细胞库在稳态调节方面的内在差异，提示CD8T细胞库的大小通常不受严格的稳态调控，在炎性反应或病毒感染应答方面CD8T细胞库具有巨大的扩增能力。

2 细胞因子在HIV感染发病中的作用

2.1 IL-7在淋巴细胞减少中的作用

在HIV诱导的淋巴细胞减少中，血清和组织IL-7水平与CD4T细胞耗竭密切相关［13］。IL-7是共有γ链细胞因子家族成员之一，存在于大多数组织，许多细胞均分泌IL-7，其中包括淋巴器官T细胞区的成纤维性网状细胞，胸腺、肝脏和肠道的上皮细胞，成纤维细胞，胶质细胞和树突状细胞。研究［14］显示，IL-7通过调节细胞存活、增生和细胞库多样性在维持纯真和记忆T细胞稳态方面发挥重要作用。IL-7通过其受体转导信号，IL-7受体是一个异源二聚体，由共有γ链和IL-7受体α链组成。IL-7R的活化依赖于IL-7激活Janus激酶-信号传导和转录活化因子(Janus kinase-signal transducer and activator of transcription，JAK-STAT)(主要是JAK1、JAK3和JAK5)、磷脂酰肌醇3激酶(phosphoinositide-3-kinase，PI3K)和 Src家族激酶信号传导途径［15］。

与HIV感染中稳态调节驱动CD4T细胞增生的结果相一致，在HIV相关CD4T淋巴细胞减少患者中，与γc细胞因子信号转导有关基因的mRNA表达增加。相比之下，CD8T细胞亚群中这些转录的表达下降［10］。此外，纯真和记忆CD4T细胞以及纯真CD8T细胞在体外对IL-7的刺激产生应答，而记忆CD8T细胞对IL-7刺激无应答。这表明CD4和CD8T细胞亚群对稳态调节的反应不同。

2.2 I型干扰素和HIV诱导的炎性反应环境的作用

I型干扰素是一组在病毒感染中具有抗病毒和免疫调节特性的细胞因子。在HIV感染时，I型干扰素还与免疫致病有关。在体外试验［16］中，感染性或非感染性HIV颗粒可诱导健康人的浆样树突状细胞分泌I型干扰素，导致原代CD4T细胞死亡受体(death receptor，DR)5的表达增加。在HIV感染者的淋巴组织可检测到浆样树突状细胞中I型干扰素依赖性吲哚胺 2，3-双加氧酶(indoleamine 2，3-dioxygenase，IDO)增加。IDO催化色氨酸降解，对于T细胞代谢十分重要。这些结果提示，I型干扰素的长期暴露可能在HIV感染致病机制中发挥作用。在SIV感染模型中，急性感染与致病性SIV感染模型的结果相似，在感染早期I型干扰素应答处于优势;在慢性感染中，乌白眉猴和非洲绿猴可下调炎性反应应答和干扰素产量［17］。SIV感染的恒河猴有所不同，显示出持续的I型干扰素应答并进展至艾滋病。

体外试验中，纯真和记忆CD4T细胞在I型干扰素刺激时信号转导与转录激活因子1(signal transducers and activators of transcription1，STAT1)磷酸化增加，而在CD8T细胞亚群中未见到类似结果［10］。这说明HIV感染者CD4和CD8T细胞对于I型干扰素的反应不同。CD4T细胞对I型干扰素应答的增加可能破坏其稳态和存活。长期暴露于I型干扰素可能导致该细胞库耗竭，而CD8T库不受稳态调节的影响，在抗原驱动和炎性反应刺激物存在时进行扩增。

2.3 炎性反应因子的作用

尽管在血浆HIV RNA检测不到的情况下，抗病毒治疗者仍然存在病毒持续存在和持续免疫激活的证据［18］。这些持续存在的HIV胞内储藏库可能存在于一些解剖部位，如外周淋巴组织、胃肠道和中枢神经系统。病毒载量小于50拷贝/mL的感染者中持续的免疫激活可能与这些病毒储藏库有关。与对照组相比，HIV感染者炎性反应标志物IL-6、可溶性CD14和纤维蛋白原降解产物D二聚体的水平增加，这些因子水平较高者全因病死率的危险性增加。尽管这些患者病毒载量小于50拷贝/mL，肝脏、代谢、肾脏和心血管疾病的发病率仍较高，在停止抗病毒治疗后，这些标志物的水平与HIV RNA水平直接相关，提示HIV感染时病毒载量、炎性反应、凝血和终末器官损害之间的重要关系［19］。

3 细胞因子在HIV感染治疗中的作用

3.1 γc-细胞因子与治疗

γc细胞因子是一组含有共有γ链的细胞因子，包括IL-2、IL-4、IL-7、IL-15等细胞因子。对于 IL-2的研究［20］显示，这种细胞因子可增加纯真和中心记忆CD4T细胞的水平，但对CD8T细胞库没有太大影响。虽然在未经抗病毒治疗的患者中可诱导病毒血症的暴发，但IL-2的使用与血浆病毒载量的升高没有相关性。IL-2诱导的细胞与调节性T细胞相似。然而，Ⅲ期临床试验［21］显示，IL-2没有临床益处。这一矛盾结果的原因尚不清楚，CD4T细胞增加所致的益处可能被IL-2“细胞因子风暴”的不良反应所抵消。最近的临床研究［22］显示，IL-7可诱导CD4和CD8T细胞增加。正如IL-2那样，使用IL-7时可观察到病毒血症短暂波动。在非人灵长类SIV感染模型的研究［23］显示，IL-15在急性SIV感染中可使SIV水平升高，而在慢性SIV感染中升高不明显。值得注意的是，IL-15给药的方式和疗程对于免疫系统的影响截然不同，持续静脉低剂量给药与效应记忆CD8T细胞水平增加100倍有关。

3.2 α干扰素与治疗

α干扰素具有抗肿瘤和抗病毒作用。α干扰素用于艾滋病相关卡波西肉瘤的治疗时，其临床效果与患者的CD4T细胞计数直接相关，强烈提示这种抗肿瘤作用是免疫调节引起的，而非干扰素的直接抗肿瘤作用［24］。同样，在用于早期HIV感染者时，α干扰素的抗病毒作用强于第1个抗反转录病毒药物齐多夫定，再次提示α干扰素在早期HIV感染中具有显著的免疫调节作用。α干扰素的抗病毒作用多见于CD4计数较高的患者，抗病毒的失败并非与耐药株的出现有关［25］。在这个意义上，α干扰素并非是一种经典的抗病毒药物。此外，α干扰素对于某些HIV感染者可能具有治疗作用，但仅限于那些在治疗时体内α干扰素水平不高的患者。

总之，HIV感染者的免疫系统以免疫缺陷和免疫激活为特点，CD4T细胞库减少，而CD8T细胞库扩增。稳态细胞因子如IL-7和前炎性反应细胞因子如α干扰素在HIV感染致病和治疗中发挥作用。这两种细胞因子均为HIV感染潜在的治疗药物，IL-7可使CD4和CD8T细胞库扩增。α干扰素已被FDA批准用于治疗卡波西肉瘤，但其中的确切机制未明。进一步研究可促进我们深入了解细胞因子在健康和疾病中的作用，开发新的艾滋病治疗策略。

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