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［摘 要］ 人类免疫缺陷病毒（HIV）在逃避免疫系统时涉及许多机制，其中一种是激活凋亡程序破坏免疫效应器。不仅HIV基因组编码前凋亡蛋白通过TNF家族或线粒体路径以杀死感染和未感染的淋巴细胞，而且产生一种慢性免疫活化状态导致克隆清除加剧。本文阐述细胞凋亡作为HIV逃避免疫攻击的一种机制，讨论目前HIV操纵凋亡机制使其有利于自身的分子机制，并提出针对这一机制所可能采取的新治疗。
［关键词］ HIV；细胞凋亡；免疫
［中图分类号］ R 373
［文献标识码］ A
［文章编号］ 1001-7089(2005)03-0179-04
The
Progress on the Study of HIV Induced T lymphocyte Apoptotic Mechanisms
SHI
Yujie， JIANG Zhenyou，SUN
Hanxiao
(Department
of Microbiology and Immunology， Medical College of
Jinan University， Guangzhou 510632，China)
Abstract: Objective HIV
have evolved numerous mechanisms to evade the host immune system and one of
the strategies is to activate apoptotic programmes that destroy immune
effectors.Not only does the HIV genome encode proapoptotic
proteins， which kill both infected and uninfected
lymphocyte through either members of the tumournecrosis
factor family or the mitochondrial pathway，but it
also creates a state of chronic immune activation that is responsible for
the exacerbation of physiological mechanisms of clonal deletion.This review
discuss the molecular mechanisms by which HIV manipulates the apoptotic
machinery to its advantage， assesses the
functional consequences of this process and evaluates how new therapeutics
might counteract this strategy.
Key
words： HIV；Apoptosis；Immune
人类免疫缺陷病毒（HIV）感染免疫细胞，特征性的引起CD4+T细胞逐步减少和进行性免疫缺陷，导致机会性感染并最终导致死亡。在AIDS被报道后不久即表明HIV膜蛋白(Env)能结合CD4+受体，
体外实验证实HIV在人类CD4+T细胞中复制，导致细胞死亡。由于成熟的CD4+Th细胞是抗病毒免疫的关键因素，因此CD4+T细胞的死亡是引起相关免疫缺陷的主要原因。尽管目前对HIV如何导致CD4+T细胞的死亡这一具体机制仍不完全清楚，但越来越多证据支持HIV引发的淋巴细胞凋亡是破坏免疫系统的一个重要因素。由于病毒颗粒的持续表达，HIV感染导致T细胞增殖增加，而这种T细胞增殖是由细胞凋亡增加所控制的。即T细胞活化后又可借助自身表达的死亡受体与配体的结合，使已发生特异性克隆扩增的T细胞发生自身凋亡而数量下降。此外，HIV可在感染和未感染的细胞内启动凋亡机制而引起免疫系统效应器的破坏。
1 HIV感染中T细胞死亡
CD4+T细胞是抗病毒反应的关键因素，而无论在前驱期还是胸腺分化水平，CD4+T细胞的减少都与HIV干扰T细胞更新有关。Clark等［1］发现在从发展为AIDS的患者体内得到的CD34+祖细胞在T细胞总量中有显著的丢失，因此阻止了成熟前细胞的置换从而破坏成熟的T细胞。胸腺的输出对T细胞更新的作用是对早期HIV感染个体和进行高效抗逆转录病毒疗法(highly
active antiretroviral therapy，
HAART)的患者，可以增加其体内原始T细胞和T细胞受体重排切除环(T-cell
receptor excision circle，TRECs)含量而抑制病毒。TREC是T细胞受体(TCR)在胸腺内基因重排切除的DNA环，其数量被认为与胸腺功能有关。Douek等［2］于1999年首次报道了TRECs在人类胸腺迁移中是存在的，发现在HIV感染几个月内血液中TRECs的数量减少。通过TREC分析，证实成熟个体的胸腺仍能产生新的T细胞，并指出HIV可能破坏新的T细胞产生。次年Hatzakis等［3］又报道有低量TRECs的个体可更快的发展为AIDS，因而其可能有判断预后的价值。Mohri等［4］利用溴脱氧尿核苷
(bromodeoxyuridne， BrdU)和氘化葡萄糖(deuterated
glucose)对增殖细胞体内直接DNA标记的方法，发现在未治疗的患者体内HIV感染导致CD4+和CD8+T细胞增殖增加，而在HAART开始后则有明显降低，
表明这种在增殖率上的增加导致了淋巴细胞产生耗竭。他们还对全部淋巴细胞亚群做类似的动态观察，发现HIV感染也导致B细胞和自然杀伤细胞(NK)增殖增加［4］，这些结果表明HIV能够在体内导致非特异性免疫活化并可能对T细胞的增殖起作用，但具体机制尚不清楚。Rosenberg
等［5］研究发现在感染急性期HIV-特异性CD4+T细胞有快速丢失现象，其原因可能有以下几种:
①伴随着HIV的结合，HIV-特异性CD4+T细胞前体可能在淋巴结发生死亡。②原始的CD4+T细胞前体被募集至感染的淋巴部位后，也可能因HIV感染的树突状细胞的特异性启动而被直接杀死。③活化的HIV-特异性CD4+T细胞的死亡还可能
由表达CD95L或TNF的杀伤细胞介导的凋亡引起，这些杀伤细胞是由持续的免疫活化和/或HIV编码蛋白的影响而产生的。最近Tesselaar等［6］构建表达CD70的转基因鼠，通过抗原诱导刺激淋巴细胞活化形成特征性HIV感染，原始T细胞进行性转化为效应记忆细胞导致原始T细胞的减少并最终因机会性感染而死亡。他们由此指出慢性免疫活化可能是CD4+T细胞功能紊乱和凋亡的主要原因，并在AIDS发病机制中起作用。
Ribeiro等［7]利用数学模型分析D-葡萄糖标记的增殖细胞，发现HIV感染增加了CD4+T细胞群中细胞凋亡率，而在CD8+T细胞群内增加了标记的活化细胞片断，这一结果清楚表明在HIV感染引起CD4+T细胞的死亡中细胞凋亡的重要作用。
2 HIV介导细胞凋亡机制
细胞凋亡是一种主动的由基因控制的细胞自我破坏的过程。它对于维持恒定的淋巴细胞数量是必须的。此外，在对外来抗原的免疫反应中，细胞凋亡可以清除大多数活化的抗原特异性T细胞，因而阻止了自身免疫的发生。细胞凋亡主要通过两个路径：
①外在途径即活化诱导的细胞死亡(activationinduced
cell death，AICD)，由死亡受体家族介导。死亡受体(death
receptor，DR)通过与相对应的配体结合而活化，这些配体与其受体形成死亡配体家族，命名为肿瘤坏死因子家族（TNF家族）。目前已知的死亡受体亚家族有CD95(APO1/FAS，DR1)
，肿瘤坏死因子受体1 TNFR1(CD120a) ，TNFR2，TNF相关凋亡诱导配体(TNFrelated
apoptosisinducing ligand/Apo-2
ligand，TRAIL/APO2L)，TRAIL-2，APO-3等。②内在途径即活化T细胞的自发死亡(activated
T-cell autonomous death，
ACAD)， 由BCL-2相关蛋白介导，是通过内在感受器传递信号到线粒体激发的，因此又称为线粒体路径。BCL-2家族部分成员如BCL-2，BCL-X1插入线粒体外膜，通过形成离子通道，帮助H+转运出线粒体，从而维持线粒体的完整性。而一些内含有BH3区域的BCL-2同源物BID，BAD，BAX，BAK等通常在胞浆中处于抑制状态，一旦活化则与BCL-2或BCL-X1形成复合物而抑制其功能，线粒体外膜破坏导致凋亡蛋白酶活化因子2即细胞色素C释放，与细胞凋亡相关因子Apaf1(apoptosisassociated
factor)形成复合物，并募集caspase-9形成凋亡体，在dATP存在下，导致caspase-9构象改变而活化，从而启动凋亡的发生。
与HIV有关的淋巴细胞的凋亡机制包括：因病毒基因表达和细胞病变，
直接杀死感染的靶细胞；感染细胞释放的前凋亡病毒蛋白质导致的旁路细胞的死亡；HIV特异性受体招募至感染的淋巴组织而被杀死；作为HIV-介导的免疫活化反应的结果，淋巴细胞和抗原呈递细胞(APCs)改变了细胞内凋亡调节分子表达。此外，感染细胞可以被HIV特异性CTLs或被抗体依赖性细胞介导的细胞毒作用(ADCC)杀死。
2.1 HIV基因产物对细胞凋亡的调节
2.1.1 HIV基因编码蛋白促进凋亡 HIV感染引起的CD4+T细胞病变表现为细胞肿胀、细胞融合形成多核巨细胞和所有感染及旁路未感染细胞的凋亡。Env基因编码的包膜糖蛋白复合体(gp120-gp41)似乎是主要的凋亡诱导分子之一，Env由HIV-1基因组编码，表达在感染细胞，可与CD4+分子相互作用，是激发细胞与细胞间融合的辅助受体。它不仅通过gp120与CD4+T细胞的交联而激活FASFASL(CD95-CD95L)路径引起细胞凋亡，还可导致相应的多核巨细胞凋亡。多核巨细胞的凋亡不是由FAS或TNFR1路径介导，而是通过线粒体途径。多核巨细胞表达早期凋亡标记物组织谷氨酰胺转移酶
(tissue transglutaminase)，通过上调细胞周期素B细胞周期蛋白依赖激酶1（cyclinBCDK1）结合以及一种胞浆激酶MTOR即哺乳类动物雷帕霉素靶蛋白(mammalian
target of rapamycin)的核移位，从而导致MTOR-介导的丝氨酸15上p53的磷酸化，引起p53依赖的BAX表达上调和线粒体途径的活化［8］。也就是说，p53磷酸化导致BCL-2家族中的凋亡促进剂BAX分泌到线粒体膜，释放细胞色素C，从而激活逃逸途径和凋亡。Castedo等［9］也证实
HIV阳性者外周血和淋巴结细胞中cyclin B和MTOR的表达增加与丝氨酸15
p53磷酸化和病毒负荷有关。
除了Env，
HIV编码的其他蛋白产物也能在体外启动细胞凋亡途径。研究证明在内在途径中Vpr引起完整细胞内线粒体透膜电位的快速分解以及细胞色素C的释放而诱导凋亡［10］；Tat能下调BCL-2和上调caspase-8。此外，HIVgp120结合到活化细胞表达的CD4受体导致BCL-2下调，也促进细胞色素C释放和凋亡。HIV编码的蛋白酶也可引起caspase8活化产生BCL2的蛋白分解。在外在途径中Nef诱导感染T细胞共表达CD95L，而未感染的T细胞表达CD95［11］，因此可通过CD95-CD95L路径引起未感染细胞凋亡。同样，Vpu增加HIV感染的T细胞对CD95诱导的凋亡的易感性；Tat上调未感染细胞CD95和CD95L表达，增强其对CD95诱导的凋亡的敏感性。最后，旁路T细胞的凋亡也可由巨噬细胞介导，通过与巨噬细胞表面表达的CXCR4相结合，导致细胞表面TNF的表达，启动CD8+T细胞(其表面表达TNFR2)的凋亡。综上所述，HIV可以操纵细胞凋亡机制，破坏免疫系统而有利于免疫逃逸。然而，这些病毒蛋白质在体内是否有类似的效应目前尚不清楚。
2.1.2 HIV基因编码蛋白抑制细胞凋亡 如其他病毒一样，抑制细胞凋亡，至少要到高水平的子代病毒产生以后，这对于HIV是有利的。研究发现HIV基因产物对细胞凋亡具有双重调节作用，即也具有抑制凋亡的活性。首先，Nef，gp120和Vpu都可下调感染细胞CD4受体的表达从而阻止后来的gp120-CD4介导的凋亡。第二，Nef下调MHCI类分子表达，这一机制可能保护感染细胞不被CTLs或NK细胞裂解。
Nef的抗凋亡还表现在感染早期增加病毒复制，促进BCL2拮抗剂BAD的磷酸化作用从而阻止其活性，抑制细胞凋亡信号调节激酶1(apoptosis
signalregulating kinase1，
ASK1)的活动性，减少T细胞凋亡［13］。第三，Vpr通过上调BCL-2和下调BAX抑制凋亡。第四，Tat降低TP53的转录而加速细胞循环过程抑制凋亡，使细胞增加病毒的产生。研究还发现在HIV阳性者的淋巴器官存在凋亡的CD8+T细胞、B细胞和树突状细胞，而感染细胞则没有凋亡。提示HIV感染引起的体内凋亡主要发生在未感染的旁路细胞，而感染细胞对体内直接HIV诱导的杀伤作用有相对耐受力。因此在淋巴细胞通过凋亡程序活化破坏免疫系统之前，HIV可能已在感染细胞中操纵凋亡机制使其有利于自己的生存。
2.2 细胞因子对细胞凋亡的调节 各种细胞因子通过调节淋巴细胞的活化、生长而在HIV感染中发挥作用。如IL-7可促进体内原始T细胞和记忆CD8+T细胞的生长，有学者对HIV阳性患者疾病的各个时期进行研究，发现下降的CD4+T细胞量与了IL-7循环水平升高相关，相应的，当抗病毒治疗后CD4+T细胞量升高则IL-7水平降低。Okamoto等［13］利用胸腺器官培养实验观察IL-7对胸腺T细胞再生的作用，发现给予IL-7后可增加胎儿及婴儿胸腺TRECs含量，且IL-7通过调节BCL-2和BAX表达，还能增强CD34+祖细胞的生存能力，刺激其增殖从而增加成熟T细胞数量。但HemandezLopez等［14］研究表明IL-7可破坏CD4+CXCR4+祖细胞，而有利于胸腺细胞中HIV的复制。因此IL-7在HIV感染中的作用目前仍有争论。IL-15主要由巨噬细胞产生，可维持记忆CD8+T细胞、NK细胞及NKT细胞的生存，在对有丝分裂原和机会性抗原反应时可增加NK细胞的细胞毒性，增强T细胞增殖从而调节HIV阳性者外周血淋巴细胞的免疫功能。Naora等［15］认为IL-15通过上调BCL-2的表达抑制HIV阳性者CD4+和CD8+T细胞的ACAD。他们进一步研究发现［16］在相同实验条件下是IL-2而不是IL-10或IL-12对CD4+和CD8+T细胞有保护效应，增加IL-2和IL-15可使HIV慢性感染者淋巴结和血中BCL-2lowCD8+T细胞亚群凋亡减少。但是IL-15不能阻止体外CD95诱导的CD4+T细胞凋亡，IL-12和IL-10则分别抑制部分CD95诱导的CD4+T细胞和CD8+T细胞凋亡。
3 HIV感染中T细胞凋亡路径
3.1 AICD路径 体外实验证实维甲酸由于抑制CD95L表达从而抑制CD4+T细胞凋亡，这一结果指出在由HIV所诱导的CD4+T细胞死亡中CD95-CD95L路径的重要性。HIV阳性者的CD4+和CD8+T细胞亚群均有CD95表达增加，且对CD95诱导的凋亡易感性增加。CD4+和CD8+T细胞及血清内CD95L也被上调，从HIV阳性个体的淋巴组织中还可检测到与巨噬细胞相关的CD95L的显著增加，这与组织凋亡水平是相一致的。
HIV阳性者体内的TNF-TNFR途径也被改变。尽管早期报道显示从HIV
阳性者提取的外周T细胞抑制TNF诱导的凋亡，但近年研究表明HIV阳性者的CD4+和CD8+T细胞对TNFR-1和TNFR-2诱导的凋亡有易感性，可通过T细胞上TNFR1/TNFR2与TNF的结合导致启动因子caspase-8和效应因子caspase-3活化［17］。另一种caspase，IL-1β转换酶(ICE)也可在HIV阳性者的CD4+T细胞中检测出来。TNF家族另一成员TRAIL也涉及HIV相关的T细胞凋亡。
Miura等［18］发现 HIV阳性者的T细胞对TRAIL诱导的细胞凋亡敏感，而未感染个体则对TRAIL诱导的凋亡完全抵制。他们利用HU-PBL-NOD-SCID（nonobese
diabeticsevere combined immunodeficient mice
transplanted with human peripheral blood lymphocytes）鼠模型显示这种凋亡主要发生在未感染的旁路T细胞，主要是CD4+T细胞。这些CD4+T细胞能与整合到其基因组的HIV长期共存，因此为HIV构成储蓄池。感染HIV后，巨噬细胞释放TRAIL，体外实验证实HIV编码的Tat蛋白可上调巨噬细胞产生TRAIL，提示在体内依赖TRAIL的旁路CD4+T细胞凋亡机制可能是由Tat诱导的。
3.2 ACAD路径 HIV阳性者血和淋巴结中BCL-2的下调导致T细胞自发凋亡，这表明在HIV引起的T细胞死亡中ACAD的作用。ACAD的启动主要是反复的病毒抗原接触所引起的免疫活化的结果，这一机制被认为对体内活化T细胞的动态平衡起作用。ACAD一般被细胞因子抑制，
如IL-2和IL15可上调BCL-2的表达，而在体外促进病人T细胞的存活。
4 T细胞凋亡和疾病进程
一系列研究已证实T细胞凋亡对HIV疾病进程的作用。
如前所述，HIV阳性者CD4+和CD8+T细胞亚群中CD95表达增加，且对CD95的诱导的凋亡易感性增加，这些与疾病的进程呈正相关。在HIV阳性者血浆中观察到可溶性CD95水平增加，这被用作AIDS进展的预测标记物。
T细胞凋亡的强度与HIV的疾病进程之间有密切相关性：①)感染HIV而长期未进展者显示低水平的T细胞凋亡。②
比较HIV-2与HIV-1，HIV-2感染的低致病性与较低水平的免疫活化和T细胞凋亡减少有关。
③动物实验发现HIV感染后不发病的黑猩猩与持续免疫激活及低水平的T细胞凋亡有关；相反，致病的黑猩猩则表现出CD4+T细胞凋亡增加。
5 结论
总之，HIV调节凋亡路径方法的多样性与病毒本身一样多变，这些策略被整合使其有利于自身生存，逃避免疫攻击。首先，HIV编码的蛋白产物，如Nef等在感染早期抑制细胞凋亡，增加病毒复制及感染；而在病毒复制晚期，HIV改变其策略，病毒蛋白如Vpu，Vpr和Env则诱导感染细胞的凋亡，加速其破坏。这一过程可能对免疫逃逸是重要机制，因为凋亡细胞通过吞噬细胞溶解和树突状细胞的交叉呈递会引起免疫耐受而不是免疫反应。HIV的另一免疫逃逸机制是病毒特异性效应器CD4+T细胞通过AICD和ACAD路径发生凋亡而遭到破坏。
了解CD4+T细胞的破坏机制是非常重要的，因为目前的治疗尚不能有效的恢复病毒特异性免疫。HARRT虽可限制HIV复制，延迟疾病进程，但其药物毒性和出现的药物耐受性变异阻止其长期应用。因此，对HIV感染者不仅应当进行积极的抗病毒治疗，而且应当进行有效的免疫重建治疗，否则，会由于CD4+T细胞再生障碍而导致抗HIV治疗失败。由于细胞因子对细胞凋亡的影响，适时补充、增强或抑制不同细胞因子的表达可能具有重要意义。如由于IL-15对Th1细胞的发展和存活所起的作用，最近的研究已将IL-15作为对HIV阳性者一种可选择的免疫治疗剂。
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