康文,汪春付,孙永涛
·导向与述评·
实现HIV功能性治愈的策略和挑战
康文,汪春付,孙永涛
HIV可潜伏感染形成病毒储存库。联合抗反转录病毒治疗能有效抑制病毒复制,但无法彻底清除病毒,且患者须终生服药,由此带来许多不良反应,并对世界卫生体系带来巨大的负担。通过特殊的治疗手段可实现即使中断抗反转录病毒治疗也能长期维持HIVRNA检测不到、机体免疫功能正常的治疗后控制状态,即HIV功能性治愈,这是治疗HIV感染的下一个可及的目标。研究人员正在探索包括激活病毒储存库、早期治疗、基因治疗和免疫治疗在内的多种策略,以期实现HIV功能性治愈。当前研究既取得一定进展也面临诸多挑战,未来仍需多种策略的联合以实现HIV功能性治愈的目标。
获得性免疫缺陷综合征;HIV;治疗学
曾几何时,HIV/AIDS是令人谈虎色变的世纪顽疾。然而,1996年联合抗反转录病毒治疗(combined antiretroviral therapy,cART)的问世,几乎从根本上改变了HIV/AIDS的疾病进程,极大降低了HIV/AIDS的发病率和病死率,显著延长了患者寿命,甚至减少了HIV的传播[1]。可以说cART是HIV/ AIDS治疗史上的第一次革命,具有划时代的意义。尽管cART几乎可以长期高效地抑制体内对药物敏感的病毒株,重建机体的免疫功能,但其仍不能使免疫功能完全恢复正常,不能阻止其他非AIDS疾病如非AIDS性肿瘤、心血管疾病和神经认知功能紊乱等的发生[1]。更重要的是,绝大部分ART药物仅对复制中的病毒有效,而HIV可以前病毒DNA形式整合入受感染的长寿的中央记忆型T细胞的染色体,并使受染细胞进入静息状态,从而潜伏下来形成稳定的病毒储存库,导致cART无法彻底清除病毒[1-2]。一旦cART中断,病毒储存库中的前病毒再度活跃复制,几乎所有患者血浆HIV RNA都会反弹至治疗前水平[3],因此cART对患者意味着终生服药。截至2012年底,全球有35 200 000例HIV感染者[4],这意味着有如此庞大的人群正在或即将终生接受ART,这无疑对全社会和各国的公共卫生体系是沉重的负担。因此,我们有必要寻找终生cART以外的其他替代疗法,更进一步来讲,是开始HIV/AIDS治疗的第2次革命—HIV的“治愈”。
近年来,关于HIV“治愈”的报道(“柏林病人”、“密西西比婴儿”和法国VISCONTI队列的14例患者在ART中断后血浆病毒载量仍检测不到)引起了广泛关注[5-8],这说明至少在某些个体内实现HIV“治愈”是可能的,同时也鼓舞了研究人员对治愈HIV感染的信心。那么,什么才是HIV“治愈”?对大多数感染性疾病而言,治愈意味着彻底根除体内的病原体,然而对HIV来说,治愈可分为“根治(eradication)”和“功能性治愈(functional cure)”。根治意味着通过治疗清除了体内包括病毒储存库在内的全部病毒,当cART中断后HIV感染也不会复发。而功能性治愈是一种治疗后病情持续缓解的状态,即通过有限的治疗长期、最大限度地抑制HIV复制,虽不能完全清除病毒储存库,但是可将其有效减少到可控的程度,同时重建机体的免疫功能,使其足以控制残留的潜伏的病毒储存库,表现为患者即使中断cART后虽仍可检测到HIV DNA,但不出现血浆HIV RNA反弹,且机体免疫功能长期维持正常。实现HIV的根治尚为时过早,因为现有cART方案甚至是强化ART方案均不能彻底清除分布在外周血、肠道淋巴结、肝、脾、骨髓及中枢神经系统等组织器官中的潜伏病毒,以及潜伏在静息CD4+T细胞、骨髓干细胞、巨噬细胞和星状细胞等中仍具有复制能力的病毒[1,9-11]。曾经一度认为惟一1例实现根治的是Timothy Brown(即“柏林病人”),该患者因急性髓性白血病接受了造血干细胞移植,而造血干细胞供体恰恰携带对HIV具有天然抵抗力的突变的CCR5纯合子基因(CCR5△32/△32),患者中断ART后体内HIV RNA一直保持阴性[6-8]。但近期报道表明该患者直肠活体组织检查样本中又可检测到极低水平的HIV DNA[8],说明其仍是功能性治愈。因此,实现功能性治愈是近期内可及的目标,这不仅可限制病毒复发,也可降低HIV传播的几率。
另一例功能性治愈的“密西西比婴儿”虽然在停药后第27个月出现血浆HIV RNA反弹,但这并不意味着HIV功能性治愈的前途黯淡无光,这恰恰说明实现HIV功能性治愈依然面临严峻的挑战,任重而道远,而且这些病例依然向科学家提供了许多关于控制HIV储存库的至关重要的线索,并启示了实现功能性治愈的诸多策略。目前国际上已启动了15项以上的关于HIV功能性治愈方面的临床研究项目[12]。这些研究大体上可以分为以下几类:“kick and kill”策略、早期治疗策略、CCR5Δ32基因敲除策略和免疫治疗策略。
该策略包括两步:首先使用刺激基因表达的药物来激活静息CD4+T细胞,使其中潜伏的HIV活化并合成HIVRNA。随后,一旦这些细胞被活化,理论上它将转变为短命的效应性细胞并最终死亡,只要ART仍足以抑制新产生的HIV RNA,就有望耗竭这些HIV储存库。如果储存库被耗竭或足够小,且机体的免疫系统足以控制HIV,即可实现功能性治愈。
关于如何活化病毒储存库,目前值得关注的是组蛋白去乙酰化酶抑制剂(histone deacetylase inhibitors,HDACi)。组蛋白去乙酰化酶(histone deacetylase,HDAC)通过组蛋白的去乙酰化,使DNA更紧地缠绕在组蛋白上,导致这些DNA不易被转录,从而维持HIV的潜伏状态。HDACi可以打开染色质,使潜伏的HIV前病毒更易于被转录。一些已用于抗肿瘤治疗的HDACi正尝试来激活HIV病毒储存库,其中包括伏立诺他(vorinostat,SAHA或VOR)、帕比司他(panobinostat,PNB)和罗米地辛(romidepsin,RMD)等[13-15]。现已证实单剂SAHA可使静息CD4+T细胞中的HIVRNA转录增强4.8倍[13]。一项5例加用SAHA的临床试验(每周连用3 d,停4 d,共给药8周)在用药初期出现细胞相关的HIV RNA升高,然而在后期这种激活效应却明显减弱,这可能与当前SAHA给药方案导致了药物不应期的产生有关[16]。然而也有对SAHA激活HIV潜伏感染的临床价值的争议存在。有研究发现SAHA的临床剂量仅能激活0.079%静息CD4+T细胞中的HIV前病毒,尚不能达到充分激活HIV储存库的目的[17]。而且SAHA仅能增强前病毒的转录,而不能增强RNA的翻译和病毒蛋白的表达,这阻碍了完整新病毒的产生和细胞病变的形成,不利于清除激活的感染细胞[2]。这也提示我们须发现更强有效的药物或联合其他方法以更有效地激活病毒储存库。
PNB体外显示出10倍于SAHA的激活效果[14]。丹麦的CLEAR试验(NCT01680094)对15例长期接受cART的HIV感染者联合12剂PNB(20mg,3次/周,隔周1次给药,共8周)以观察其安全性以及对病毒储存库的激活能力,结果显示在首次服药后,有60%的受试者可在外周血中检测到低水平的HIV RNA,仅有1例始终未检测到HIV RNA[18]。在PNB治疗期间细胞相关的未剪接HIV RNA(cell-associated unspliced HIV RNA,CA-US RNA)较基线显著升高,最高升幅的中位值达3.5倍,在治疗结束后4周CA-USRNA仍维持升高的状态[19]。另一项候选药物RMD的离体试验显示其较SAHA和PNB有更强的激活潜伏HIV RNA的作用,激活作用更持久,且与持续抑制的HDAC活性相关[15]。因此RMD可能比SAHA具有更好的临床应用价值,一项评价HIV-1感染者在cART基础上联合单剂RMD对HIV储存库激活效果的临床试验(NCT01933594)正在进行中。Ⅱ类HDAC(HDAC4)抑制剂也初步显示出较佳的激活整合的外源基因的效果,且具有更低的细胞毒性[20],其体内效果有待评估。
除了HDACi,研究人员也在尝试其他激活病毒储存库的方法。白细胞介素(interleukin,IL)-2、抗-T细胞CD3单抗和IL-7等曾先后用于激活T细胞的研究,但因其不良反应严重及不能降低HIV病毒储存库,不具有临床应用价值。β-连接素抑制剂C-82能促进HIV感染的长寿记忆型T干细胞分化为短寿效应性CD4+T细胞,能降低这部分所占比例较小但难以被激活的HIV储存库[21],但其实际效果须体内试验进一步评估。
第二步是清除被激活的感染细胞。最初认为机体的免疫系统可自发识别并进行清除,但有研究表明接受ART的个体CD8+T细胞不能有效清除SAHA激活的HIV感染CD4+T细胞,这些CD8+T细胞在Gag持续刺激后才可清除HIV感染的CD4+T细胞[22]。这表明通过ART重建的机体免疫系统尚不能有效清除被激活的细胞,须通过联合增强机体HIV特异性免疫应答或免疫毒素的方法来增强对HIV储存库的清除效果[23]。例如,有研究使用能结合HIV-1 Env的免疫毒素3B3-PE38(结合了细胞毒素PE38的广谱中和抗体3B3)来靶向性识别并杀伤被活化的HIV感染的细胞,小鼠体内实验表明联合3B3-PE38较单独ART可降低组织中HIV RNA达3.2 log10[24]。另一项RMD联合治疗性疫苗Vacc-4x的临床试验(NCT020921-16)也在进行中。该项目尝试先通过RMD激活潜伏感染的HIV,再通过治疗性疫苗Vacc-4x增强机体对病毒的免疫应答,以识别并清除活化的细胞。
总之,“赶尽杀绝”这一策略的核心就是尽可能地将潜伏的HIV赶出来并杀灭,如何充分地活化机体内全部的病毒储存库,如何更有效地杀灭被活化的细胞,是未来研究值得关注的热点。以SAHA为代表的HDACi在体外实验中均显示出对潜伏HIV程度不等的激活效果,一些正在进行的临床研究项目仅对其激活HIV储存库的效果进行初步评估,但未获得十分令人满意的结果,这可能与各研究所采用的HDACi给药频率不当和疗程不足有关。同时,使用HDACi激活病毒储存库时应注意评估健康CD4+T细胞被活化的HIV继发感染问题,因为已有研究表明,现有疗效欠佳的SAHA给药方案增强了未感染的CD4+T细胞对HIV的易感性,甚至可能有助于再次建立新的病毒储存库[25]。因此未来须要进一步优化HDACi的给药频率和疗程,并联合其他免疫治疗措施,以期实现功能性治愈的目标。
“密西西比婴儿”和法国VISCONTI队列的结果提示,在HIV原发感染的早期启动cART的治疗策略有可能实现功能性治愈。“密西西比婴儿”的母亲为HIV感染者,但未行母婴阻断,该婴儿出生后检测HIV RNA及HIV DNA均阳性,出生后30 h便接受了cART治疗,于18月龄时中断ART。患儿30月龄时复查外周血HIV RNA和外周血单个核细胞内HIV DNA均检测不到,CD4+/CD3+比例维持在40%以上,HIV特异性抗体阴性[5]。该患儿的成功治疗证明早期治疗尤其在婴幼儿时期,可能是实现HIV功能性治愈的方法。最近,加拿大研究人员对136例HIV感染的母亲所生的新生儿在出生72 h内启动cART。136例中有12例(8.8%)为垂直感染,其中有4例实现了持续病毒学抑制,其HIV抗体、HIV-1特异性细胞介导的免疫应答(Nef,Gag)和超敏病毒载量检测均为阴性。富集的CD4+T细胞中未检出HIV DNA,但可检出HIV RNA。CD4+T细胞[(5.4~8.0)×106CD4+T细胞]在促有丝分裂刺激之后也未检测到病毒相关的HIV RNA,但2例中有1例患儿通过更高数量细胞的定量共同培养检测到有复制能力的病毒(0.1感染单位/106CD4+T细胞)[26]。这4例患儿仍未中断ART,尚不能确定是否实现了功能性治愈。
“密西西比婴儿”最初宣布功能性治愈时,许多学者认为该患儿在启动ART时病毒储存库尚未建立,然而最近“密西西比婴儿”在停药后第27个月血浆中又可检测到HIV RNA,已宣告HIV复发,这不仅反映出该患儿治疗时HIV病毒储存库已经形成,而且提示病毒储存库建立的时间可能比想象的更早。新近动物研究表明,猴免疫缺陷病毒(simian immunodeficiency virus,SIV)潜伏感染病毒储存库在感染的极早期、出现病毒血症之前就已形成[27]。而目前cART是在检测到血浆HIVRNA后才启动,且药物在体内达到有效抑制病毒复制的浓度也需要时间,在此时间窗内病毒储存库可能已经稳定建立。早期ART虽不能阻止病毒储存库的建立,但可以减小病毒储存库的大小[28]。因此对于急性HIV感染者无论是成人还是儿童,cART的启动可能越早越好。
在成人HIV感染的早期治疗方面,法国VISCONTI队列的164例成人HIV感染者在感染后10周内启动了cART,有15%的患者中断治疗后2年血浆HIV RNA检测不到[29],14例中断治疗后仍可维持血浆HIV RNA低于检测线的平均中位时间达4.5年[30],但14例仍可检测到HIV DNA,说明早期ART可以实现功能性治愈。研究者还分析了病毒储存库在CD4+T细胞亚群中的分布特征,发现长寿的中央记忆型(centralmemory,TCM)和初始(naïve,TN)CD4+T细胞在病毒储存库中所占的比例比精英控制者低[29]。尽管如此,该队列中接受早期抗病毒治疗的大部分HIV感染者并未实现功能性治愈,这从另一个侧面说明cART启动的时间可能须要进一步提前,并且可能须联合其他治疗方法。
总之,急性HIV感染的婴儿和成人病例难以在成人HIV感染者中大范围复制,除了对那些HIV暴露后及早寻求干预的人外,绝大多数都是慢性HIV感染者,其已经丧失了早期治疗的机会,因此有必要寻找其他更有效的治疗途径。
“柏林病人”的治疗成功证明了骨髓移植是实现HIV功能性治愈的途径。然而因为正常人群中携带CCR5△32/△32纯合子基因的比例极低,寻找一例既携带该基因又能与患者骨髓配型吻合的供体几率更低,因此这种方式也不适合在HIV感染人群中大范围推广。美国研究者曾对2例患者尝试用野生型CCR5(+)的供体进行异基因造血干细胞移植(波士顿病人)[31]。虽然在移植后第24~42个月使用ART期间,其外周血单个核细胞、CD4+T细胞和血浆中均检测不到HIV RNA和HIV DNA[31],但在中断ART后3~7个月均检测到血浆HIVRNA反弹[32]。这不但表明携带CCR5△32基因的干细胞是移植治疗策略的关键,也表明对那些似乎实现功能性治愈的患者需要更长时间的监测。
目前研究人员正在模拟“柏林病人”案例的方式,用基因改造的方法将干细胞或CD4+T细胞CCR5基因敲除,使其具有抵抗HIV感染的能力,再回输到患者体内,并期望这些具有抗病毒能力的细胞能够在患者体内成活[33-36]。虽然CCR5基因敲除的T细胞移植相对安全,但其缺点在于细胞寿命相对较短,其体内半衰期为48 d[33],因此可能有必要反复进行移植,增加了风险和费用。CCR5基因敲除的多能干细胞可被诱导分化,也具有抵抗HIV感染的能力,可能具有更佳的临床应用价值[37]。常用的基因改造方法有锌指核酶技术、转录激活因子效应物核酶技术和CRISPR/Cas9系统[33,38-39]。这些技术不只用于敲除CCR5基因,也可直接剪切细胞内整合的HIV前病毒。体外研究表明LTR靶向的CRISPR/Cas9系统不但可以100%地清除潜伏感染细胞中整合的HIV DNA[40-41],还可以阻止其再次被HIV感染[41]。
尽管这些基因改造技术均须在体外进行,尚不能在体内实现CCR5基因敲除和细胞内整合的HIV DNA的剪切,但其不但适用于急性HIV感染者,也适用于慢性HIV感染者,并为HIV的个体化治疗奠定了基础。随着未来研究的不断深入,其不失为一种极具潜力的治疗策略。
精英控制者之所以能控制病毒库产生的新病毒,是依赖体内存在足够数量的HIV特异性CD8+T细胞以及较小的病毒储存库[22,42-43]。免疫治疗策略通过增强机体对潜伏感染细胞的特异性免疫应答清除这些细胞。增强机体抗HIV免疫应答的治疗性疫苗可有助于实现对病毒储存库的控制。最近一种SIV治疗性疫苗在SIV感染的恒河猴模型上获得了成功。研究人员给予其接种表达SIV蛋白的恒河猴巨细胞病毒载体疫苗,此后再用致病性SIV感染动物,50%的动物在出现一过性病毒血症后,外周血病毒载量持续下降直至检测不到水平,随时间延长这些动物组织中甚至检测不到SIV RNA和SIV DNA,也检测不到有复制能力的SIV,说明该疫苗不能阻止病毒感染,但可以清除病毒[44]。目前HIV疫苗的临床试验尚未获得满意的结果。HIV疫苗ALVAC-HIV和AIDSVAX B/E的临床试验表明其虽能阻止31%的HIV感染,但不能影响HIV感染者的疾病临床进程[45]。另一项HIVDNA疫苗的临床试验表明疫苗可刺激产生多功能的、广谱的HIV特异性CD8+T细胞群,但并不能减少病毒储存库[46]。另一种HIV-1 p24亚单位疫苗Vacc-4x在90%的接种者中诱导了特异性T细胞免疫应答并降低了病毒载量,免疫接种7年后,仍分别有95%和68%的个体存在特异性的CD4+和CD8+T细胞应答,中断ART的中位时间为2.2年[47]。目前研究者正尝试联用RMD和Vacc-4x进行功能性治愈的临床研究。
嵌合抗原受体(chimeric antigen receptors,CARs)是另一项免疫治疗策略。它将单克隆抗体的抗原结合基序与T细胞受体的信号转导基序结合,通过基因工程技术使其在T细胞表达,恢复T细胞靶向性结合HIV的能力并发挥免疫效应。有报道称98%接受这种基因改造的T细胞回输的患者在输注后11年体内仍可检测该T细胞[48]。CARs通过结合不同信号转导基序可以增强细胞毒性、增殖和生存能力[49],该方法可用于“kick and kill”策略里的第2个环节辅助杀伤激活的病毒储存库。
综上所述,HIV/AIDS不再是一种无法治愈的疾病,在长期cART基础上联合以上方法,可以实现HIV功能性治愈。然而现有的数据也提示我们,病毒储存库可能远比我们想象的要大,现有的病毒储存库的检测方法还难以准确评估病毒储存库的大小和分布,另外缺乏准确判断患者是否实现功能性治愈及是否可以停用cART的确切指标。在实现HIV功能性治愈的道路上我们才刚刚起步,这条道路充满希望,但也不是一帆风顺,未来多种策略的联合可能才是实现HIV功能性治愈的途径。
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(2014-08-22收稿 2014-09-12修回)
(责任编委 李军 本文编辑 陈玉琪)
Functional cure for HIV:the approaches and challenges
KANGWen,WANG Chun-fu,SUN Yong-tao*
Department of Infectious Diseases,Tangdu Hospital,the Fourth Military Medical University,Xi'an,Shaanxi710038,China
*
,E-mail:yongtaos@hotmail.com
HIV can integrate into the infected cells'genome and persist in a stable latent reservoir in a resting state.Although combined antiretroviral therapy(cART)can successfully control HIV-1 replication,the latent reservoir is unaffected by ART.ART is a lifelong treatment with side effects for the individuals infected with HIV-1.Moreover,it is also a great financial burden for the world health system.A functional cure for HIV is a sustained post-treatment remission,which shows sustained viremia controlling and re-established immune function without ART.Although HIV reservoir is hardly to be eradicated,a functional cure can be achieved by several approaches,at least for a small proportion of infected people.Recently,several approaches including"kick and kill",early treatment,genetic and immune intervention are being explored to reach the aim of functional cure for HIV.Current studies havemade some progresses,butmany challenges still exist.A combination of these strategieswill be the approach to achieve the goal.
acquired immunodeficiency syndrome;HIV;therapeutics
R512.91;R373.51
A
1007-8134(2014)06-0328-06
国家“十二五”科技重大专项(2014ZX10001002)
710038西安,第四军医大学唐都医院传染科(康文、汪春付、孙永涛)
孙永涛,E-mail:yongtaos@hotmail.com