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仅携带9个基因的人类免疫缺陷病毒（HIV）为何能如此高效地劫持免疫系统？数十年来研究人员已知，病毒需依赖人类蛋白完成侵入、复制与持续感染过程，但这类宿主因子的完整名单始终未能明确。其中核心原因是：绝大多数HIV研究采用永生化细胞系开展，而非病毒在体内真正侵染的原代CD4+ T细胞，因此科学家始终无法全面掌握HIV侵染时人体真实T细胞的应答特征。
格拉德斯通研究所与加州大学旧金山分校（UCSF）的一项新研究打破了这一僵局。该研究题为《原代人类CD4+ T细胞中HIV感染促/抑宿主因子的系统性发现》，发表于《细胞》（Cell）期刊，研究团队首次绘制了原代人类CD4+ T细胞中调控HIV感染的全基因组基因图谱，为学界长期探寻的宿主-病毒互作界面提供了蓝图。
格拉德斯通-加州大学旧金山分校基因组免疫学研究所主任、该研究通讯作者Alex Marson医学博士、哲学博士表示：“HIV引发的全球公共卫生危机已持续40余年，通过研究病毒的首要靶标人类T细胞，我们最终绘制出了影响T细胞HIV易感性的基因图谱，其中多数基因此前尚未被报道。”
图片来源：格拉德斯通研究所Marson实验室的科学家通过构建病毒与真实人类细胞互作的首个遗传路径图谱，为HIV研究开辟了新方向。[格拉德斯通研究所]
实现这一突破首先需要攻克一项核心技术壁垒。该研究第一作者Ujjwal Rathore哲学博士指出：“采用真实人类T细胞开展研究的一大挑战是其极难被HIV感染，一整皿细胞中通常仅1%~2%能被成功侵染。”经过多年技术优化，研究团队将感染率提升至约70%，首次实现了原代细胞中的全基因组规模CRISPR扰动研究。
依托这一平台，研究团队在CD4+ T细胞中开展了正交全基因组CRISPR激活（CRISPRa）与CRISPR敲除（CRISPRn）筛选，系统性测试了几乎所有人类基因的功能：基因敲除实验可明确HIV感染依赖的宿主基因，而基因过表达实验则可揭示HIV通常会抑制的天然抗病毒防御机制。Marson实验室博士研究生、共同第一作者Eli Dugan表示：“基因过表达实验为我们提供了海量信息，我们发现了此前未被识别的天然抗病毒蛋白，这些蛋白的功能之前被病毒有效沉默，因此难以被检测到。”
通过两组筛选实验，研究团队共鉴定出数百种调控HIV感染的宿主因子，其中最受关注的是两种此前未被报道的抗病毒蛋白：肽酶抑制剂16（PI16）和亲环蛋白D（PPID，又称Cyp40）。研究人员在文中写道：“PI16可与参与HIV膜融合过程的宿主因子互作，抑制病毒侵入细胞；PPID是促病毒亲环蛋白A（CypA）的旁系同源蛋白，可结合病毒衣壳，减少HIV核心进入细胞核的过程。”Dugan介绍，通过定向诱变、结构建模与进化分析，研究团队明确了PPID限制性活性的关键氨基酸残基，经工程改造的PPID变体抗病毒活性最高可提升10倍。
为验证这些防御机制是否能抑制临床流行毒株，研究团队与HIV研究先驱Jay Levy医学博士合作，后者提供了艾滋病流行早期的临床分离株。实验结果显示，升高PI16或PPID的表达水平可有效抑制这些高致病性HIV毒株的感染。
HIV附属蛋白与调控复合物（HARC）中心主任Nevan Krogan哲学博士表示：“这是首次在直接从人体血液样本分离的细胞中开展全基因组研究，明确人类基因对HIV感染的调控作用，我们的研究结果最终有望开发新型疗法，增强人体免疫系统对病毒的抵抗能力。”
除了鉴定抗病毒因子外，该研究还为探究HIV潜伏期提供了一个强大的新平台——潜伏的病毒储存库可逃避免疫系统与抗逆转录病毒疗法的清除。Rathore表示：“现在我们拥有了能够回答领域内核心问题的研究平台，有望探明如何清除当前药物无法触及的潜伏HIV病毒库。”
专业注释
- 原代CD4+ T细胞：直接从生物体分离、未永生化的CD4+ T细胞，生理特性与体内细胞高度一致
- 正交CRISPR筛选：同时采用基因激活与敲除两种互补策略的全基因组功能筛选技术
- HIV潜伏期：HIV感染后病毒基因组整合入宿主细胞基因组、不产生子代病毒的潜伏状态，是HIV难以根除的核心原因