CyTOF/PP-SLIDE追踪最容易感染HIV的血细胞
✎ 文章导读
文章导读：Characterization of HIV-induced remodeling reveals differences ininfection susceptibility of memory CD4+ T cell subsets in vivo
发表期刊/影响因子：Cell Rep/2021-04/8.1
研究样本：外周血
文章亮点：1）体内外易感染HIV的CD4+T细胞差异较大；2)HIV在体内会重塑多种趋化因子和细胞因子受体; 3) HIV重塑感染细胞，使其具有Tfh细胞特征；4）鉴定出体内外同时高度表达的T细胞亚群。
HIV病毒会通过侵犯人体内CD4+T细胞，造成机体细胞及体液免疫功能降低进而发生免疫缺陷综合症，但CD4+细胞协调了对各种病原体的免疫反应，因此不能单靠消除它们来防治HIV感染。此外，针对CD4+T细胞对于治疗目标来说太广泛，寻找到对HIV感染高度敏感的CD4+T细胞的更具体亚型，也许能够为针对这些细胞且不产生明显副作用的治疗提供参考。
目前针对HIV感染的实验多来自于体外实验，无法还原发生感染的人体复杂生态系统。因此Gladstone Institutes的研究人员通过CyTOF及PP-SLIDE技术，研究了体内及体外感染HIV患者外周血特征，绘制了详细的HIV病毒诱导的重塑CD4+细胞详细图谱。该研究成果发表在科学杂志《Cell Reports》上。
文章研究思路
体内外未感染、旁观及感染细胞特征
研究人员分析了11个感染HIV患者的ART治疗前（Viremic）后（Suppressed）的外周血。为了进行比较，研究人员体外分析比较了未感染(UI)及暴露于HIV病毒后感染(INF)及未感染(bystander)细胞（Fig 1. A）。研究发现，不同于体内UI及INF组之间的无显著差异，体外感染细胞的HIV受体CCR5表达高于UI细胞（Fig 1.B)。对其相关激活标记、检查点分子和归巢受体表达分析发现，体内感染和体外感染的细胞中的激活标记物（HLADR/CD38/OX40）、检查点相关蛋白（PD-1/CTLA-4）及部分归巢受体（CD49d，CD29和CCR6）表达高于未感染及旁观者细胞，然而归巢受体CXCR5及白介素IL-17受体CD127在感染细胞中低表达。
Fig.1 体内和体外未感染，旁观者和HIV感染细胞的表征
HIV在体内与体外感染之间优先靶向记忆CD4 + T细胞亚群
先前研究已发现HIV病毒感染细胞时，他会重塑细胞。为了评估哪些细胞会先被HIV病毒感染，研究人员通过PP-SLIDE（识别出与感染细胞最匹配的未感染细胞）评估哪些细胞被优先靶向受到感染（Fig 2. B）。研究发现PRE组中几乎只具有记忆表型细胞，表明HIV可能优先靶向记忆性CD4+细胞，而不是在HIV感染免疫细胞后导致CD45RO的上调。对其它T细胞亚群分析发现，PRE中高水平表达的可能被优先感染的细胞都属于记忆类细胞(Fig 2. C-D)，因此研究人员猜测较之幼稚细胞，HIV可能优先感染记忆细胞，而不是感染免疫细胞后再引起CD45RO的上调。
Fig2.PP-SLIDE表征体内和体外HIV易感细胞
鉴定在HIV感染期间重塑的抗原
随后，研究人员研究了病毒重塑的表达蛋白。研究首先证实了记忆标记CD45RO和CD45RA不属于HIV重组标记物（PRE及INF间无平均信号强度差异）。在评估的6个趋化因子受体内，只有CCR5在体内及体外研究水平同步被上调，表明HIV进入激活CCR5细胞后进一步上调CCR5的表达。对T细胞活化标记物的重塑研究发现，HIV感染使体内及体外感染细胞的CD38上调，在检查点分子中，只有CTLA4在体内被HIV重塑上调。此外，研究人员还评估了被HIV重塑下调的蛋白分子，CD28在体内外均被下调，CD62L及CCR7在体内被下调（在体内和体外标本中类似地重塑的蛋白质抗原的总结如下）。
Fig 3.HIV重塑细胞的趋化因子、细胞因子受体、活化标记和其他表面抗原表达
无偏聚类法鉴定CD4+T细胞的HIV靶点
鉴于前面研究人员研究了优先被感染的细胞及HIV感染后的细胞重塑，研究人员随后进一步挖掘了优先感染细胞亚群的特征。基于细胞因子表达，研究人员将CD4+T细胞聚类分为20个亚群，且PRE及UI具有不同的细胞组成。对其细胞富集对比分析, Cluster12和Cluster13在体内外均显示PRE富集,这两个细胞亚群具有CD45ROhi CCR7lo CD62Llo特征Cluster1和8仅在体内显示PRE细胞的富集，Cluster15仅在体外显示PRE细胞的富集，这三个细胞亚群都是记忆型（CD45ROhigh）和类Tem型（CCR7low）(Fig 4)。尽管所鉴定的HIV易感细胞亚群都是记忆细胞，但并非所有的记忆细胞都优先容易被感染.
Fig 4.无偏聚类可识别在体内和体外优先针对HIV感染的记忆CD4 + T细胞亚群
最后,研究人员以体内外PRE中富集的HIV易感标记物作为体外建立感染模型的基础，以更好地模拟体内HIV感染的细胞。研究人员基于CyTOF数据,手动圈门并定义易感亚群pop-1以及CD69lo的pop-2。其中，较之UI，pop-1在PRE中高表达，pop-2在PRE中低表达，因此研究人员猜测可能Pop-1更容易受到感染，而pop-2更具抗药性（Fig 6. A）。随后研究人员筛选出pop-1及pop-2，并将其暴露于HIV病毒四天后，观察其感染率，研究发现，pop-1细胞的感染率高于pop-2细胞。该结果表明使用这些表面标志物可富集易感HIV细胞亚群。由于簇12和13也优先针对体内HIV感染，因此表征这些细胞在体外HIV感染的未来研究可能会成为一个可行的模型，以更好地了解HIV感染者血液中的主动HIV复制。
Fig 6. 根据Cluster12和13的表面标记分类的Tem样细胞极易感染HIV
文章总结
该研究通过应用生物信息学分析了从病毒血症患者和未感染供体的体外感染的细胞获得的质谱流式数据，绘制了了体内和体外HIV易感细胞的表型图谱。Th17辅助细胞和α4β1+细胞优先在体内靶向，而T效应记忆（Tem）、T过渡记忆（Ttm）、Th1和Th1/Th17细胞则在体外靶向。HIV在体内对趋化因子和细胞因子受体等多种蛋白质进行了重组，这些变化大多在体外重现。HIV将细胞重塑为T滤泡辅助（Tfh）表型。通过聚类，研究发现了在体内和体外高度易受感染的表达CD29的Tem样细胞的一个子集，并通过实验证实了这种易感性。这些研究深入观察了病毒血症患者体内HIV易感细胞的特征，并证明在体外鉴定出的部分但不是全部HIV易感细胞有效地模拟了体内易感性。
【参考文献】
Xie G, et al. Characterization of HIV-induced remodeling reveals differences in infection susceptibility of memory CD4+ T cell subsets in vivo. Cell Rep. 2021.
