HIV

HIV

HIV (艾滋病毒) 是一种逆转录病毒

致病机理

HIV通过CD4受体特异性地感染人体内某些细胞。CD4是醣蛋白分子,表达于免疫细胞(例如:辅助T细胞、单核球、巨噬细胞和树突细胞)表面。

HIV 毒株类型

HIV要成功感染细胞,细胞表面除了要表达CD4,还需要表达一个CCR5或CXCR4辅助受体。使用CCR5受体的HIV称为R5株(strain),使用CXCR4受体的称为X4株。大部分HIV都属于这两类。

  • R5株HIV(HIV-1 R5; 使用CCR5受体): CCR5表达于静息(resting)的T淋巴细胞、巨噬细胞、树突状细胞表面。
  • X4株HIV(HIV-1 X4; 使用CXCR4受体): CXCR4表达于中性粒细胞、树突状细胞、上皮细胞和淋巴细胞等。
  • 双嗜性HIV病毒:同时使用CCR5和CXCR4受体。

R5株与X4株HIV比较:

  • R5型HIV相对于X4株 “威力”较小,因为人体CD4+T细胞里处于静息状态的只占30%,而99%的CD4+T细胞都会表达CXCR4这个受体。仅感染R5型HIV不足以引发AIDS。
  • R5株HIV由于能够感染巨噬细胞等,传染性比X4株强的多。例如:感染HIV的男性的精液含有大量的HIV,发生无保护性交时HIV进入阴道后可以通过阴道上皮层的巨噬细胞感染女方。
  • HIV是逆转录病毒,突变几率很高。即便开始感染的只是R5型,如果没有及时干预,随着病毒的不断变异,短则5~7年,长则10~12年,最终都会变异出X4型,一旦变成了X4型,CD4+T细胞开始急剧减少,AIDS症状很快出现。

CCR5 受体

R5株 HIV 使用 CCR5 受体感染细胞。

CCR5 受体在人类里由3号染色体 rs333 位点CCR5基因编码。部分人的这个基因具有称为CCR5Δ32的突变形式, CCR5Δ32 是在CCR5基因有32个碱基的缺失,使得CCR5等位基因编码区域第185位氨基酸密码子以后发生了32个碱基缺失,导致读码框架错位,缺失了与G蛋白信号通路相关的胞外第三环结构,从而使CCR5蛋白无法正常跨膜表达于细胞膜上,进而使HIV gp120不能与 CCR5Δ32 有效结合,使HIV病毒不能进入宿主细胞。目前认为CCR5Δ32突变不会影响大部分免疫功能(但有研究表明:CCR5可能具有某些进化意义,CCR5可以调控T细胞和单核/巨嗜细胞系的迁移、增殖与免疫反应,并与T细胞对病毒的抵抗相关。一些流行病学研究认为CCR5Δ32突变可能增加感染西尼罗河病毒、多发性硬化,子宫颈癌,精神分裂症等疾病的几率)。

2018年11月,中国科学家宣布,首次使用crispr技术编辑人类受精卵导入CCR5Δ32基因,成功生育出一对双胞胎。这是人类历史上第一例基因编辑婴儿(designer baby)!中国科学家勇敢地打破了西方科学界愚蠢的宗教迷信和无聊的伦理禁忌,为人类的加速进化迈出了第一步。

rs333 位点 CCR5 基因型:

  • II,正常型(人群中比例>90%):不能抵御HIV。
  • DI,一个染色体带有CCR5Δ32突变(欧美人群中比例约10%;亚洲更少见)。感染HIV几率比普通人更低,感染后病程进展更慢。
  • DD,两个染色体均带有CCR5Δ32突变(欧美人群中比例<1%)。完全免疫R5型的HIV。

实验室里,科学家通过CRISPR等基因编辑技术已成功地将CCR5Δ32突变导入胚胎基因,理论上可以创造出能够“免疫”(R5型)HIV的遗传个体。

CXCR4 受体

X4株 HIV 使用 CXCR4 受体感染细胞。

人群中没有发现自然免疫X4株 HIV的CXCR4 基因突变。由于CXCR4受体是人体造血干细胞迁移分化发育的重要信号通路,在不引起严重副作用的情况下阻断CXCR4 HIV比较困难。2018年有科学家通过CRISPR-Cas9和piggyBac等技术将免疫 CXCR4 HIV感染的修改基因成功导入细胞。(Nature)

HIV 感染和复制机制

HIV的感染和复制生命周期可以大致分为以下几个步骤:

  1. 感染细胞:HIV病毒通过细胞表面的CD4等受体(receptor)进入细胞。
  2. 逆转录:开始逆转录过程,这个时候HIV自己携带的逆转录酶开始发挥作用。
  3. 整合到宿主细胞DNA:逆转录合成的DNA整合到宿主细胞的基因组上。
  4. 复制病毒mRNA:开始转录的过程合成新的mRNA。
  5. 复制病毒蛋白:使用HIV自带的蛋白酶转录mRNA合成新的病毒蛋白。
  6. 组装病毒:组装新的病毒颗粒。
  7. 出芽释放:新组装的HIV蛋白和颗粒以出芽的方式从被感染的宿主细胞中释放出来。

抗 HIV 药物原理

抗 HIV 药物可以分为几类,原理分别是抑制或阻断HIV感染和复制过程中的某个阶段。

  • 核苷类反转录酶抑制剂( nucleoside reverse transc riptase inhibitors,NRTIs)、非核苷类反转录酶抑制剂(non-nucleoside reverse transcriptase inhibitors, NNRTIs): 阻断的是上述病毒复制过程中的第2步
  • 蛋白酶抑制剂(protease inhibitor, PIs): 主要抑制蛋白转录的过程,也就是上述病毒复制过程中的第5步
  • 融合抑制剂(Fusion inhibitors, FIs) 、entry inhibitors、CCR5 抑制剂(maraviroc): 主要抑制的是病毒颗粒感染细胞的步骤,也就是上述病毒复制的第1步
  • 整合酶抑制剂(Integrase strand transfer inhibitors, INSTIs): 主要抑制病毒合成的cDNA整合到宿主基因组上的过程,也就是上述病毒复制的第3步

合适的药物组合是同时使用至少三种HIV药品,包含至少两种类型(鸡尾酒疗法)。

检测

任何HIV检测方式都存在窗口期(window period),即从病毒进入人体(暴露)到检测手段可以查出感染的这一时间段。

HIV 感染后阶段

  1. 隐蔽期(eclipse phase):暴露后 7-21 天(平均 10 天)。病毒仅在暴露的局部组织中复制、迁移,由于尚未入血,故而血浆中检测不到病毒,也测不到抗原或抗体;
  2. 阶段一:暴露后 13-28 天(平均 17 天)。HIV 被引流到淋巴组织继而入血进入全身循环,血浆病毒水平为 1-5 拷贝/毫升时,科研级别的超敏检测手段可以查到病毒 RNA 阳性。血浆病毒水平上升到为 50 拷贝/毫升时,常用的临床检测病毒载量的手段可以查到病毒。在此坡式上升期内,病毒复制迅速加快直至峰值(或接近峰值),但病毒抗原或抗体仍检测不到。此阶段由于血浆病毒含量的快速上升,许多(并非全部)患者会出现发烧、头疼、盗汗、皮疹等流感样症状。准确来说,阶段二的这种血浆 HIV RNA 检测阳性而抗体检测阴性的时期,才是“窗口期(window period)”的严格定义。如果以高精度病毒 RNA 检测阳性为标准,HIV 感染最早可于暴露后两周左右被发现。
  3. 阶段二:暴露后 18-34 天(平均 22 天)。HIV 的特殊标识之一——p24 抗原,率先在血浆中检测呈阳性。所谓的四代检测手段,就是在检测抗体的基础上增加 p24 抗原检测,因此能够把窗口期缩短到 15-20 天。
  4. 阶段三,暴露后 22-37 天(平均 25 天),通过酶联免疫分析检测方法(EIA 或 ELISA)方法可检测到 HIV 的特异性 IgM 和 IgG 抗体。IgM 抗体早于 IgG 抗体出现,如今普遍使用的三代检测手段,就是在 IgG 抗体检测的基础上增加 IgM 抗体检测。虽然都是 EIA 法,但是相对一代(窗口期 35-45 天)和二代(窗口期 25-25 天)只检测 IgG 抗体而言,三代能够将窗口期缩短到 20-30 天。
  5. 阶段四、阶段五以及阶段六,发生在暴露一个月以后,依据是蛋白免疫印迹法(Western Blot,WB 法)对抗体的检测结果。WB 法可同时检测多种 HIV 抗原和抗体,其特异性高于 EIA 法,但灵敏度欠佳,因而用于确诊 HIV 感染。WB 法呈现阳性检测结果,说明感染大致在 45-60 天以上。

目前,没有任何血液检测方式可以检测出“隐蔽期”的HIV感染,但此阶段的感染者血液不含HIV病毒,一般没有传染性。

“阶段一”后期的HIV感染可以通过高精度的核酸(RNA)检测方式发现,但成本高昂。而此阶段的感染者血液已经具有传染性。

窗口期与输血

由于HIV窗口期存在,在目前的技术条件下,无法100%防止输血方式HIV的传播。其主要原因:

窗口期指的是感染者被感染后无法被检测到的一段时期。假设窗口期是11天(最先进最昂贵的核酸检测的窗口期),11天之前采的血,11天之后检测,仍然不会检测到hiv或抗体。从采血的那一刻,采集到的血液的状态就静止了,没有人体的免疫系统,hiv抗体肯定不会增加。低温储存环境中,细胞和病毒的活性都下降,病毒数量也难以上升。如果可能的话,应当在采血之后过了窗口期再找来献血者检测是否确诊感染(如采用核酸检测应当在采血11天后找来献血者),如果没有感染,才可以确定窗口期之前的血液是安全的。注意只能确定之前没有感染,检测时有没有感染无法确定,因为有可能复检时刚刚感染正处在窗口期。

现实中,由于血液体外可保存时间有限(红细胞常规保存期限:38天;血小板保存期限:5天)、高精度HIV检测手段成本较高、供血资源来源珍贵等原因,不太可能采了血之后搁置一段时间然后让献血者做了检测再决定用不用。而且本身采血、储存、分配的成本就比较高,如果以最高标准实施检测,估计就没有人用得起血了。何况,即使用最高标准,献血者不来复检也是白花钱。

预后

今天,坚持接受规范治疗的HIV携带者预期寿命与常人无异。


Last update: 2018-11-26 07:36:15 UTC