Upregulation of IFN-stimulated genes persists beyond the transitory broad immunologic changes of acute HIV-1 infection
摘要： 本文旨在深入解析《Upregulation of IFN-stimulated genes persists beyond the transitory broad immunologic changes of acute HIV-1 infection》这篇关于 HIV-1 感染对干扰素刺激基因（ISGs）表达影响的研究文章。通过详细介绍研究背景、方法、结果以及结论，揭示 HIV-1 感染从急性期过渡到慢性期过程中，ISGs 持续上调的特征、相关免疫学变化及潜在的临床意义，为理解 HIV-1 感染相关的慢性免疫激活机制提供理论依据，也为未来开发针对性干预措施奠定基础。
一、研究背景
HIV-1 感染后的慢性免疫激活是导致艾滋病患者发病率和死亡率升高的关键因素之一。在感染初期，免疫系统会迅速响应以降低病毒载量，但即便病毒载量达到相对稳定的“设定点”，免疫激活指标仍保持高位，进而引发免疫功能紊乱、CD4+T 细胞耗竭以及艾滋病的进展。
干扰素（IFNs）在抗病毒免疫中扮演重要角色，其刺激的 ISGs 能限制 HIV-1 复制和细胞入侵，还会影响 HIV 靶细胞的组织分布并调控其他 ISGs、IFNs 和免疫反应。然而，持续的 IFN 反应在慢性 HIV-1 感染中却与 CD4+T 细胞减少和疾病进展相关。因此，深入探究 HIV-1 感染过程中 ISGs 的表达变化规律对于揭示慢性免疫激活的机制、寻找潜在治疗靶点具有重要意义。
二、研究方法
（一）研究对象
研究纳入了来自乌干达和南非的 22 名 HIV-1 血清转换者，他们来自两个 HIV-1 阳性 / 阴性异性夫妻队列。共收集了 86 份全血 RNA 样本，包括 17 份感染前样本和 69 份感染后样本。感染前样本在中位数为 163 天（四分位距 47 - 227 天）时收集；感染后样本在估计感染日期后的 17 - 513 天内收集，中位数为 150 天（四分位距 70.5 - 317 天）。
（二）样本收集与处理
在纵向随访期间，从参与者体内收集全血和血清样本。使用 Paxgene 管收集全血样本，存储于 - 80℃。血浆样本用于检测 HIV-1 RNA 和微生物易位标志物脂多糖结合蛋白（LBP）水平。血清样本用于测定多种细胞因子 / 化学因子浓度，包括 TNF-α、IL-1β、IL-6、IL-10、IFN-γ、IL-1a、IL-15、TNF-RI 和 TNF-RII 等。
（三）基因表达分析
采用 Illumina HumanHT-12 v4 BeadChips 微阵列技术对全血 mRNA 表达进行纵向检测。通过线性混合模型结合自然立方样条函数，对基因表达随感染时间的变化轨迹进行建模，将基因分为持续上调、持续下调、暂时性上调和暂时性下调四类。同时，利用 MSigDB 的 Hallmark 基因集和 C2 数据库对显著基因进行功能注释和富集分析。
（四）细胞因子与微生物易位标志物检测
使用 Meso Scale Discovery（MSD）多点阵列试剂盒和酶联免疫吸附试验（ELISA）分别检测血清中细胞因子浓度和血浆中 LBP 水平。通过线性混合模型评估基因表达与细胞因子水平、临床 HIV-1 指标（如血浆 HIV-1 RNA 水平和 CD4+T 细胞计数）之间的相关性。
三、研究结果
（一）基因表达轨迹
在分析的近 20000 个基因中，有 1689 个基因在感染后表达发生改变（调整后的 p 值 < 0.05）。其中 218 个基因在感染后与感染前相比，表达变化绝对值至少达到 1.5 倍。这些基因被进一步分类为四种表达轨迹：32 个持续上调基因、70 个暂时性上调基因、98 个持续下调基因和 18 个暂时性下调基因。
持续上调基因主要为具有抗病毒功能的 ISGs，如 IFI27、ISG15、IFI44 和 RSAD2。IFI27 在感染后 90 天的预测表达变化为 3.7 倍，500 天为 7.5 倍（调整后的 p = 0.02）。暂时性上调基因则主要涉及细胞毒性 T 淋巴细胞反应相关基因，如 CD8A 和颗粒酶 A、K（GZMA、GZMK）。
（二）基因集富集分析
富集分析显示，受 IFNs 刺激的基因在持续上调轨迹中显著富集。例如，IFN α 和 IFN γ 反应基因集在持续上调基因中过表达。而短暂性上调轨迹中，除了 ISGs 外，还富含参与适应性免疫反应通路的基因，如通过 IL2-STAT5 信号传导的 T 细胞发育相关基因和补体信号相关基因。
相比之下，参与 IL-6/JAK/STAT3 轴的促炎基因（如 STAT3、IL1R2、IL4R）在短暂性下调轨迹中呈现富集现象。进一步分析表明，短暂性上调基因中有相当一部分由 CD8+T 细胞、CD4+T 细胞和 NK 细胞表达，这些免疫细胞在抗 HIV-1 免疫中发挥重要作用。
（三）ISGs 与病毒载量及细胞因子的相关性
持续上调的 ISGs 与血浆 HIV-1 RNA 水平、TNF-α 和 CXCL10 细胞因子水平呈强相关性。在 28 个持续上调的 ISGs 中，26 个（93%）与血浆 HIV-1 RNA 水平呈正相关；79% 的暂时性上调 ISGs 也与 HIV-1 RNA 水平相关。同时，几乎所有的持续上调 ISGs 均与 CD4+T 细胞计数、TNF-α 浓度和 CXCL10 浓度呈正相关。
其中，CXCL10 作为一种重要的抗病毒化学因子，其基因表达与蛋白浓度的相关性达到 R = 0.4（p = 0.0005）。并且，血浆 CXCL10 浓度与 HIV-1 RNA 拷贝数之间也表现出显著关联（调整后的 p = 3×10⁻⁴）。而 IFN-γ 和 TNF-α 虽然在趋势上与较高的 HIV-1 RNA 相关，但未达到统计学显著性。
（四）跨物种验证
先前研究发现，在恒河猴的病理性慢性 SIV 感染中，有 25 个 ISGs 过表达，而非病理性慢性 SIV 感染的乌叶猴中则未见此现象。本研究中，有 20 个这样的 ISGs 也出现在人类 HIV-1 感染的研究中，且这些基因在人类中持续上调的可能性比其他基因高出 500 倍（相对风险 = 505；95% 置信区间：278 - 916；p = 6.0×10⁻²⁹）。在调整 p 值 < 0.05 的情况下，其中 10 个（50%）基因持续上调，1 个基因暂时性上调；当放宽标准至未调整 p 值 < 0.05 时，20 个 ISGs 中有 15 个（75%）基因呈现持续上调趋势。此外，人类和恒河猴中持续上调的 ISGs 按表达变化幅度排序后，两者间的表达排名具有高度相关性（皮尔逊相关系数 = 0.71，p = 0.0007），且感染后表达倍数变化最大的 3 个持续上调 ISGs（IFI27、ISG15 和 IFI44）在人类和恒河猴中相同。
四、研究结论
（一）关键结论
本研究表明，在 HIV-1 感染的纵向分析中，从感染前到慢性感染阶段，ISGs 的表达呈现出独特的动态变化。其中，一小部分 ISGs 在感染后持续上调，并且这种持续上调的 ISGs 与血浆 HIV-1 RNA 水平以及 CXCL10 等细胞因子水平密切相关。这些发现提示，持续上调的 ISGs 可能是慢性免疫激活的重要驱动因素，而慢性免疫激活又与艾滋病的疾病进展及多种炎症相关并发症的发生发展紧密相连。
与持续上调的 ISGs 相比，那些短暂性上调的基因主要参与细胞免疫反应，如细胞毒性 T 细胞反应相关基因。这表明在 HIV-1 感染过程中，先天免疫反应和适应性免疫反应在基因表达层面存在差异性调节。此外，IL-6/JAK/STAT3 通路相关基因的短暂性下调可能为 ISGs 持续激活提供了可能的机制线索，因为 STAT3 在负向调控 IFN 介导的抗病毒反应中发挥重要作用，其下调可能解除对 ISGs 表达的抑制。
（二）临床意义
该研究为针对 HIV-1 感染相关慢性免疫激活的干预措施研发提供了新的潜在靶点。若能通过特定手段调节持续上调的 ISGs 的表达，有望改善 HIV-1 感染者的免疫稳态，降低炎症相关并发症的发生风险，从而改善患者预后。例如，阻断 IFN 信号通路或直接靶向特定 ISGs 的表达，可能成为潜在的治疗策略。
（三）研究局限性
尽管研究具有独特的优势，如纳入了感染前后及慢性感染期的纵向样本，但在样本量上仍存在一定的局限性。有限的参与人数和季度样本采集频率可能影响了对基因表达峰值时间及 ISG 通路动态变化模式的精确估计。此外，研究未充分考虑共感染因素对 ISG 表达的影响，尽管共感染不太可能完全解释 HIV 感染前后 ISG 表达的差异。
由于研究仅使用全血样本进行微阵列分析，无法直接揭示细胞类型特异性基因表达变化，且血液中的 ISG 表达可能无法完全反映其他关键组织（如淋巴组织）中的真实情况。这可能低估了淋巴组织中 ISG 的响应程度，因为非人灵长类动物研究显示，HIV 感染时 I 型和 II 型 IFN 的产生主要局限于主要淋巴组织。
另外，研究未对接受抗逆转录病毒治疗（ART）的患者进行采样，因此尚不清楚 ART 对持续上调的 ISGs 的影响。但其他研究表明，ART 治疗期间慢性免疫激活仍会持续，并且某些抗逆转录病毒药物（如核苷 / 核苷酸类似物逆转录酶抑制剂）本身可能诱导类似 I 型 / III 型干扰素激活的基因表达特征，这可能与 HIV-1 引发的 ISG 激活产生协同作用，进一步加重免疫激活状态。
五、研究意义与展望
（一）研究意义
本研究不仅加深了我们对 HIV-1 感染后免疫系统动态变化的理解，特别是 ISGs 表达的时间特征和变化规律，而且为探索 HIV-1 相关慢性免疫激活的机制提供了重要的分子层面证据。通过揭示持续上调的 ISGs 与病毒载量和关键细胞因子间的关联，为开发针对性的免疫干预策略提供了潜在靶点，有望改善 HIV-1 感染者的长期健康结局。
（二）未来研究方向
未来的研究可以进一步扩大样本量，增加采样频率，以更精确地描绘基因表达变化的动力学特征。同时，结合单细胞测序技术，深入探究不同免疫细胞亚群在 HIV-1 感染过程中 ISGs 表达的细胞特异性差异，有助于明确各类免疫细胞在免疫激活中的具体角色。
此外，开展针对接受 ART 治疗患者的 ISG 表达研究，评估 ART 对持续上调的 ISGs 的影响，以及不同 ART 方案是否会引起 ISG 表达的差异，对于优化治疗策略、减少治疗相关免疫激活具有重要意义。同时，进一步探索 ISG 持续上调的分子机制，如是否存在表观遗传学调控、转录因子的持久性激活或其他信号通路的参与，将有助于开发更精准的干预措施，以恢复 HIV-1 感染者的免疫稳态，改善其生活质量。
综上所述，该研究在 HIV-1 感染免疫研究领域具有重要的理论价值和潜在的临床应用前景，为未来开展相关研究和转化医学应用奠定了坚实基础。
| 名称 | 货号 | 规格 |
| U-PLEX Metabolic Combo 1 (hu) SECTOR (25 PL) | K15281K-4 | 25PL |
| U-PLEX Metabolic Combo 1 (hu) SECTOR (5 PL) | K15281K-2 | 5PL |
| U-PLEX Metabolic Combo 1 (hu) SECTOR (1 PL) | K15281K-1 | 1PL |
| Bright-Glo™ Luciferase Assay System | E2620 | 100ml |
