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2016
05-24

HIV为何难以治愈?

与研发艾滋病疫苗的屡战屡败相比,针对HIV的药物治疗已经取得了巨大成功。到目前为止,至少有25种药物已获准上市。把这些药物正确地搭配起来使用,能够有效抑制病毒复制,往往能使血浆中的病毒数量降低到标准化验检测不到的水平。这些有效的药物鸡尾酒被统称为“高效抗逆转录病毒疗法”(highly active antiretroviral therapy,缩写为HAART),延长了无数感染者的生命,提高了他们的健康水平。令人苦恼的是,目前的治疗方法还不能真正治愈艾滋病。一旦治疗中断,病毒数量就会迅速反弹。

研究HIV如何在强力药物作用下仍然能够在病人身体内潜藏,是当前研究人员面临的最重要任务之一。过去十几年来,艾滋病研究者已经在这一方面获得了一些重要线索。我们希望对这一问题的破解,最终能够揭示从病人体内彻底清除这种病毒是否可行。

要想理解HIV潜藏地点(又被称为“潜藏库”)的本质,了解如何彻底清除HIV,我们必须对HIV在体内特有的生存策略有所认识。与其他病毒一样,HIV需要进入人体细胞来进行复制。侵入细胞后,HIV利用细胞器复制自己的基因组,并将病毒基因翻译成蛋白质。蛋白质随后形成新的病毒拷贝,术语称为病毒颗粒(virion),进而扩散到其他细胞。但与大部分人类病毒不同,HIV实际上将自己的基因组插入到细胞的基因组当中。每当这些细胞复制时,病毒基因也随之复制,并遗传给子代细胞,因此只要受感染的细胞及其后代存在于人体之中,病毒就不会被彻底消灭。

在通常情况下,免疫系统能够破坏被感染的细胞,从而清除病毒。细胞一旦被病毒入侵,表面就会呈现出病毒蛋白片段[即抗原(antigen)],免疫系统通过这些抗原就能准确辨别出被感染的细胞。但是在HIV感染的情况下,免疫系统很难清除被感染的细胞,部分原因在于病毒攻击了免疫系统自身的组成部分。机体确实能在一段时间内与病毒抗衡,不断地生成新的、功能健全的免疫细胞,来识别病毒以及其他病原体。然而,在未经治疗的病人体内,随着时间的推移,病毒在与免疫系统的长期较量中会占据上风,最终导致艾滋病。

如今,有效的抗HIV药物联合疗法能够抑制HIV的复制,限制病毒向新的细胞扩散,从而保护免疫系统免受进一步损伤。从理论上,这些疗法应该能使免疫系统仍然健全的部分清除被感染的细胞,治愈艾滋病。但是,药物保护下的免疫系统无法完成这项任务,到底原因何在?

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以低调求生存

很大一部分原因似乎在于,感染者体内存在着一群特殊细胞。这群细胞携带能够生成新病毒颗粒的病毒基因,但本身并不产生任何新病毒,因此不会被免疫系统识别。HIV会首先感染被称为辅助性T淋巴细胞的免疫细胞,这些细胞主要存在于胃肠道的淋巴结和结缔组织中,也存在于其他淋巴结并在血液中循环。

在对抗大多数病毒感染的过程中,绝大部分辅助性T细胞在不需要时会自动死亡。然而,其中一小部分可以长期存活下来,形成具有记忆性功能的T细胞。当病毒再次感染时,这群细胞能够增殖并迅速动员起来。然而在HIV感染者体内,似乎正是这群记忆性T细胞产生了绝大部分病毒。当它们为了对抗记忆中的病原体而增殖时,它们会复制细胞自身的DNA和蛋白,同时也产生了大量新的HIV病毒颗粒。大部分被感染的记忆性T细胞因病毒或免疫系统的攻击而死亡,但有一些会回到休眠状态。此时,HIV仅以病毒DNA的形式低调地潜藏在细胞的基因组中。这种病毒DNA不被复制也不产生病毒蛋白,因此没有病毒蛋白片段被呈现在细胞的表面。所以,抗HIV药物对这些细胞不起作用,免疫系统也对它们视而不见。

这些观点是1997年发表的一些研究报告中提出的。美国约翰斯·霍普金斯大学的罗伯特·F·西利齐安诺(Robert F. Siliciano)、美国国立卫生研究院(National Institutes of Health)的安东尼·S·福齐(Anthony S. Fauci)和加利福尼亚大学圣迭戈分校的道格拉斯·D·里奇曼(Douglas D. Richman)各自领导的几个研究组发现,从HIV感染者体内分离出来的未激活的T淋巴细胞确实不产生HIV。然而,当这些细胞被激活时,此前隐藏的病毒便重新开始复制。HIV并不是唯一一种具有潜藏能力的病毒,不少病毒都可以进入类似的休眠期。实际上,某些病毒(比如疱疹病毒)还会产生一些蛋白质,促使病毒潜藏。根据记忆性T细胞的生命周期估计,携带潜伏HIV的细胞潜藏库至少要50年才能自然灭绝。

研究人员也意识到,潜伏的辅助性T细胞的作用,并不仅仅是在治疗停止后导致病毒反弹。甚至在治疗效果很好,血液中检测不到病毒的情况下,一些辅助性T细胞和其他细胞似乎也一直在以极低的水平产生新的病毒。现有的化验方法还检测不到这些活动,因为新产生的病毒可以很成功地躲藏在细胞内部,即使被释放出来,也会滞留在组织内而不会进入血液。2007年的一项研究表明,HIV感染者胃肠道中的辅助性T淋巴细胞在感染几周内就已经耗竭,而此时在血浆中甚至还检测不到病毒。因此在治疗过程中,病毒很有可能在胃肠道等组织中持续复制——这种极其低调的复制要持续相当长的时间,直到病毒进入血液后才会被检测到。

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未被觉察的帮凶

绝大部分艾滋病研究者关注的焦点都是辅助性T细胞,因为这些细胞遍布于血液,容易提取分离进行研究。后来,研究人员意识到,在治疗中断或病毒耐药后出现的HIV反弹中,受到HIV感染的巨噬细胞(macrophages)和树突状细胞(dendritic cell)可能也发挥了作用。研究人员对这两种免疫细胞所知较少,因为它们只存在于组织中。随后的发现显示,药物治疗也许并不能完全阻止病毒在这些细胞中复制。也许HIV在这些细胞内的复制水平太低,以致进入血液的病毒数量低到无法检测的程度。然而在另一方面,这样的复制水平或许又高得足以感染临近的T淋巴细胞,使休眠期记忆性T细胞中的病毒潜藏库不断得到补充。此外,一些被感染的巨噬细胞似乎并没有被入侵的病毒或者免疫系统的其他组件杀死。这样一来,在药物治疗停止之后,这些巨噬细胞或许随时都能大量复制病毒。

2001年,美国国立卫生研究院的马尔科姆·A·马丁(Malcolm A. Martin)及其同事报告说,尽管猴子在感染SIV(猴免疫缺陷病毒)几周内,就损失了绝大部分的辅助性T淋巴细胞,但大量的病毒仍然会持续产生。研究结果证实,产生病毒的正是巨噬细胞。随后,研究人员给猴子使用了一种抑制病毒复制的药物,阻止病毒感染新的细胞,但这样做没能显著降低猴子血液中的病毒量。这一发现意味着,巨噬细胞在释放新病毒的过程中并没有死亡。

HIV在巨噬细胞中的复制方式似乎也与在T细胞中的复制略有不同。这种复制方式或许对病毒更加有利。在T细胞内部,病毒在细胞表面附近组装并从细胞表面释放,而在巨噬细胞内部,一些病毒颗粒似乎被储藏在某种叫做液泡(vacuole)的细胞器之中。这些液泡最终可能会迁移到细胞表面以释放储存的病毒颗粒。将病毒包裹在与外界隔绝的细胞结构中,这种方式或许有助于HIV躲避免疫系统的检测——因为抗原不会呈现在细胞表面,免疫系统也就无法察觉到病毒入侵。

一些研究最后还表明,与抑制T细胞中的病毒复制相比,抑制巨噬细胞中病毒复制所需的药物浓度要更高。确切原因目前尚不清楚。不过我们知道确实存在一些细胞蛋白,它们的正常功能就是在细胞中分泌一些生物大分子,能够阻碍药物的吸收和停留,从而达到干扰药物治疗的效果。也许这些细胞蛋白在巨噬细胞中特别活跃,因此能够阻止药物有效地停留在细胞内。同样的过程可能同样发生在树突状细胞中,不过这种细胞如何应对HIV病毒,我们几乎一无所知。

解剖学上的避难所

HIV面对高强度治疗仍能顽强存活的原因,并不仅仅是因为辅助性T细胞和巨噬细胞的上述固有属性。从解剖学上来说,这些细胞还存在于一些特殊的场所,或许能帮助病毒躲避不同的药物和免疫反应。要从体内清除HIV,就必须找到这些部位。

中枢神经系统(central nervous system,简称CNS)就是这样一个场所。研究人员早就知道中枢神经系统很容易被HIV感染。艾滋病晚期产生的神经系统问题,很大程度上是大脑内被感染的巨噬细胞释放的神经毒素造成的。任何分子和细胞想要进入大脑,都必须穿过血脑屏障(blood-brain barrier)。血脑屏障本质上就是一个选择性通透膜,负责调节细胞和其他物质从血液进入中枢神经系统的运送过程。在中枢神经系统以外的其他组织中被HIV感染的巨噬细胞,显然能够穿过血脑屏障进入中枢神经系统,这样病毒就可以继续感染中枢神经系统中的一类特化的巨噬细胞——小神经胶质(microglia)。

有证据表明,对中枢神经系统中细胞的感染,在一定程度上增强了病毒对药物的抵御能力,因为一些药物不能有效通过血脑屏障,特别是那些阻碍新病毒蛋白正确形成的蛋白酶抑制剂。此外,大部分其他免疫细胞也置身于大脑之外。没人知道大脑中被感染的细胞是否可以将HIV释放到身体的其他部位,但是如果病毒感染的巨噬细胞可以穿过血脑屏障进入中枢神经系统,它们就同样可以轻而易举地渗回血液。

其他解剖学部位,某些药物似乎也很难渗透,比如消化道和生殖道的外壁。另外,即使HIV感染者血液中的病毒似乎已被清除,他的精液中往往仍然含有HIV的RNA。

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进攻病毒的新计划

从感染者体内彻底清除HIV,至少需要清除所有被病毒感染的休眠T细胞。目前研究人员正在探索一种对付病毒潜藏库的方法:用某种化合物激活被感染的休眠T细胞,希望这些细胞能够产生病毒,从而成为抗病毒疗法的攻击目标。研究人员已经使用了一些在其他情况下证明有效的药物,对这一疗法进行了若干小范围的临床试验。不过试验结果良莠不齐,尚无定论。

理想的药物应该能够恰到好处地激活休眠中的T细胞:一方面要足够强,让它们能够重新产生病毒蛋白,并呈现在细胞表面;另一方面又不能太强,避免触发细胞产生新的病毒。为了达到这一目的,研究人员正在探索一类药物,它们能够改变被感染的休眠T细胞中染色质(chromatin)的结构,从而诱导HIV蛋白合成。(染色质是指组成染色体的DNA和蛋白质的联合体。)然而,即使是这些所谓的“染色质改造者”,如果它们只能在T细胞中起作用,而病毒又同时藏身于巨噬细胞的话,作用也会有限。

从体内清除HIV的第二种方式应该是,阻止所有的病毒复制,使HIV不仅从血液中消失,而且从潜藏病毒的所有组织及细胞中消失。早期的抗病毒药物通常干扰病毒的两种酶:一种是逆转录酶,可以将病毒的遗传物质从RNA变为DNA,以便插入细胞的基因组;另一种是蛋白酶,帮助新生的病毒颗粒成熟。感染者接受标准抗病毒治疗几周后,血液中的病毒数量就会降低到检测不到的水平。不同病人体内病毒数量下降的速率相当一致,这一现象被研究人员当成是治疗完全阻断病毒复制的标志。不过后来有研究表明,在已有药物疗法中加入新药raltegravir后,可以加快病毒数量下降的速率。(raltegravir的作用靶标是以前所有药物都没有涉及的病毒整合酶,这种酶将HIV的DNA插入到细胞DNA中。)这些方法能够比早期疗法更快、更有效地攻击受到感染的细胞。我们期望,效力更强的HIV疗法能大幅降低病毒复制的水平,以便在清除了潜伏的被感染记忆性T细胞之后,免疫系统能够真正消灭所有产生病毒的潜藏库。

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除了整合酶抑制剂以外,另一种药物能够干扰HIV结合细胞表面CCR5受体的能力,从而阻断病毒感染。研究还表明,某些细胞蛋白可能是很好的治疗靶标。考虑到HIV会利用某些细胞蛋白(比如CCR5)来帮助病毒复制,细胞中的另外一些细胞蛋白事实上能够对抗病毒复制也就显得顺理成章了。后一类蛋白在术语中被称为“细胞限制因子”(cellular restriction)。

十多年前,英国伦敦大学国王学院的迈克尓·H·马利姆(Michael H. Malim)和他领导的研究组,发现了第一种这样的细胞限制因子,名叫A3G。这种蛋白在巨噬细胞和淋巴细胞中大量存在。遗憾的是,HIV已经进化出了对抗A3G的策略:它会产生一种叫做Vif的蛋白质,来诱导A3G降解。不过也有好消息:A3G和病毒的Vif蛋白都有可能成为极具潜力的治疗靶标。理论上讲,无论是直接抑制Vif,还是保护A3G免受降解,都能使人体细胞抵御HIV感染。而到现在,已经有越来越多的细胞限制因子被科学家发现。

基础研究可能会发现新的治疗靶标,从而促进更多抗HIV新型药物的研发。如果能设计出可以相互补充、协同增强现有疗法的药物,最终我们也许可以清除所有重要的病毒潜藏库,并彻底杀灭病毒。为了实现这一目标,大量研究正在探索增强疗法的长期效果。这些发现可以告诉我们,从感染者体内彻底清除HIV是否能实现。我们正满怀期望地等待着。

最后编辑:
作者:hiv.wang
这个作者貌似有点懒,什么都没有留下。