李艷萍,溫 敏,趙 競(jìng),趙 遠(yuǎn)
(云南省中醫(yī)中藥研究院,云南 昆明650223)
艾滋病全稱為獲得性免疫缺陷綜合征(acquired i mmun m deficiency syndr o me,AIDS),該病由感染人免疫缺陷病毒(hu man i mmunodeficiency virus,HIV)而引起,導(dǎo)致被感染者免疫功能的部分或完全喪失,CD4細(xì)胞數(shù)量減少,功能降低,繼而發(fā)生多系統(tǒng)、多器官、多病原體的復(fù)合感染(機(jī)會(huì)性感染)和腫瘤等,臨床表現(xiàn)形式多種多樣。艾滋病至今無(wú)法治愈,嚴(yán)重危害人類的生命健康,如何防治艾滋病一直是世界關(guān)注的熱點(diǎn),針對(duì)引起艾滋病的主要病毒——人免疫缺陷病毒(hu man i mmunodeficiency vir us,HIV)的干預(yù)、清除研究也是國(guó)內(nèi)外科學(xué)家探索治療艾滋病的策略方向。
1 HIV的病毒特征及性質(zhì)是其目前無(wú)法從人體完全清除的根本原因,病毒基因是決定其特征和性質(zhì)的關(guān)鍵,對(duì)HIV基因組序列分析,可反應(yīng)病毒遺傳變異調(diào)控信息,從而找到清除HIV的突破點(diǎn)。
HIV是一種逆轉(zhuǎn)錄RNA病毒。HIV侵入人體后,在病毒逆轉(zhuǎn)錄酶、病毒體相關(guān)的DNA多聚酶的作用下,病毒RNA先反轉(zhuǎn)錄成c DNA(負(fù)鏈DNA),構(gòu)成RNA-DNA中間體。中間體中的RNA再經(jīng)RNA酶H水解,而以剩下的負(fù)鏈DNA拷貝成雙股DNA,逆轉(zhuǎn)錄過程線性DNA分子進(jìn)入胞核并在病毒插入酶的催化下插入宿主DNA,成為細(xì)胞染色體的一部分。感染細(xì)胞后病毒的基因組序列可以通過逆轉(zhuǎn)錄整合到宿主的基因組當(dāng)中。當(dāng)宿主細(xì)胞轉(zhuǎn)錄激活,HIV的病毒基因也一起被轉(zhuǎn)錄。但由于HIV的病毒基因在選擇性壓力下存在高水平的遺傳變異性,其自身的逆轉(zhuǎn)錄酶忠實(shí)性差,同時(shí)在人體免疫應(yīng)答和抗病毒藥物的作用下病毒易出現(xiàn)突變和重組現(xiàn)象,形成變異-整合-轉(zhuǎn)錄-變異的循環(huán)鏈,故多年來(lái)艾滋病的防治及疫苗的研究并未取得突破性進(jìn)展。高效抗逆轉(zhuǎn)錄病毒治療(HAART)是目前治療艾滋病的主流方法。醫(yī)學(xué)界曾一度寄希望于通過HAART治療徹底清除人體內(nèi)的HIV病毒,從而根治艾滋病。然而有許多證據(jù)表明,接受HAART并且血漿病毒水平已經(jīng)被抑制到檢出限以下的感染者體內(nèi),仍然進(jìn)行著低水平的病毒復(fù)制。
隨著基因工程研究的深入,部分臨床實(shí)驗(yàn)室工作者和基礎(chǔ)科學(xué)研究人員開始注意到基因治療中的應(yīng)用潛力。國(guó)內(nèi)外的科學(xué)家們都試圖以HIV病毒基因遺傳變異調(diào)控的變化為目標(biāo)探索清除HIV的主要措施和策略。而基因治療的前提是我們要對(duì)艾滋病患者的基因組特征及病毒進(jìn)化和傳播關(guān)系有充分的了解。一些研究人員通過基因片段及單位點(diǎn)的分析,解碼過艾滋病病毒基因組某一小部分的遺傳信息[1~5],不同治療措施對(duì)HIV-1病毒某些基因片段或位點(diǎn)的作用也被研究過[6~12]。直至2009年8月美國(guó)科學(xué)家凱文·威克斯等[13]在NATURE雜志上發(fā)表了《HIV-1病毒RNA基因組的體系結(jié)構(gòu)和二次結(jié)構(gòu)》一文,HIV-1病毒的全基因組的編碼及結(jié)構(gòu)才被真正完全破解。由此,抗HIV的藥物及治療措施的研究目標(biāo)也由原來(lái)的單片段單位點(diǎn)轉(zhuǎn)移到了基因組序列。病毒基因組測(cè)序是了解病毒基因遺傳變異調(diào)控信息的最直接方法,能夠更真實(shí)反映病毒進(jìn)化和傳播關(guān)系。
2 中醫(yī)藥、中西醫(yī)藥合用對(duì)艾滋病的療效已經(jīng)廣泛報(bào)道,我們也從病毒基因水平探討了中藥與HAART聯(lián)用治療,純HAART治療,純中藥治療對(duì)HIV-1病毒基因表達(dá)調(diào)控的影響作用,但以不同治療策略下群體HIV-1病毒基因組序列變化差異為目標(biāo)來(lái)研究作用機(jī)制的,國(guó)內(nèi)外未見報(bào)道。
我國(guó)治療艾滋病的策略主要有三種:中藥與HAART聯(lián)用治療,純HAART治療,純中藥治療。三種治療策略廣泛使用后的療效報(bào)道表明,純HAART治療可顯著抑制患者血漿中的HIV病毒量而發(fā)揮療效,但存在一定的毒副作用。純中藥治療在改善癥狀體征及提高免疫功能方面有明顯作用,延遲HIV-1感染者進(jìn)入AIDS期[16],但在抗病毒方面不能使體內(nèi)的HIV-RNA降低到檢測(cè)下限的水平。中藥與HAART聯(lián)用可互補(bǔ)而起到緩解毒副作用,增強(qiáng)免疫功能,減少存儲(chǔ)病毒釋放表達(dá)的效果,療效優(yōu)于純HAART、純中藥治療,國(guó)內(nèi)很多學(xué)者從免疫水平探討了三種治療策略對(duì)艾滋病患者免疫功能的影響進(jìn)而闡釋不同治療機(jī)制。我們也從病毒基因水平探討了中藥與HAART聯(lián)用治療,純HAART治療,純中藥治療對(duì)HIV-1病毒基因調(diào)控表達(dá)的影響作用[17~20]。
從基因水平初步比較了中藥與HAART聯(lián)用治療、純HAART治療對(duì)HIV-1病毒基因表達(dá)的影響作用[17~19],將127例患者隨機(jī)分為2組,分別為HAART+安慰劑組(n=62例),HAART+康愛保生丸組(n=65例),在治療前及治療后3,6,12月檢測(cè)所有患者全血中HIV-1中g(shù)ag,env、gag-pol基因的相對(duì)表達(dá)量,結(jié)果顯示:在HIV-1RNA有效抑制下,結(jié)果可見在第3個(gè)月治療HAART+康愛保生丸組的HIV前病毒DNA的pol相對(duì)拷貝數(shù)和HAART+安慰劑組有顯著性差異(P<0.05),在12月治療過程中HAART+康愛保生丸組的env、gag,pol基因的相對(duì)拷貝數(shù)基本都比HAART+安慰劑組低。提示中西醫(yī)藥合用對(duì)HIV-1的env、gag,pol基因表達(dá)有一定影響作用。
從基因水平探索了純中藥治療是否對(duì)HIV-1病毒tat,rev,nef,vpr,vpu,vif的基因表達(dá)有所影響[20],我們隨機(jī)抽取在本院艾滋病臨床研究室接受中醫(yī)藥治療的HIV感染者39例進(jìn)行橫斷面調(diào)查。其中9例從未參與過任何治療的患者(空白組);30例患者接受純中醫(yī)藥治療——21例治療時(shí)間小于12個(gè)月(短期治療組);9例治療時(shí)間大于12個(gè)月(長(zhǎng)期治療組)。39例患者均為本院收治的背景資料詳實(shí),依從性較好的HIV感染者,在治療期間一直服用康愛保生丸。對(duì)39例艾滋病病毒感染者的HIV病毒tat,rev,nef,vpr,vpu,vif的蛋白表達(dá)量的測(cè)定及組間比較顯示,治療組rev、tat及vpr的蛋白表達(dá)量顯著低于空白組,(P<0.05),治療長(zhǎng)期組Tat的蛋白表達(dá)量顯著低于治療短期組(P<0.05)。根據(jù)tat,rev,vpr三種蛋白的功能和作用,該三種蛋白表達(dá)的下調(diào)對(duì)HIV的復(fù)制,細(xì)胞毒性會(huì)產(chǎn)生一定的抑制作用。初步研究顯示,中醫(yī)藥可能對(duì)tat,rev,nef,vpr,vpu,vif具有一定的影響作用,提示中醫(yī)藥體內(nèi)抗HIV的作用機(jī)制可能是干預(yù)HIV病毒tat,rev,nef,vpr,vpu,vif的蛋白表達(dá)量,進(jìn)而導(dǎo)致HIV病毒的復(fù)制能力及細(xì)胞毒性下降或缺失,患者能長(zhǎng)期帶毒生存。
對(duì)于生物體來(lái)說,基因表達(dá)調(diào)控信息隱藏在基因序列的上游區(qū)域,在組成上具有一定的特征,可以通過序列分析識(shí)別這些特征,HIV病毒也不例外,已有研究顯示HIV病毒基因組序列的變化與基因表達(dá)、轉(zhuǎn)錄、復(fù)制、調(diào)控密切相關(guān),進(jìn)而影響疾病進(jìn)程。通過單位點(diǎn)片段基因多態(tài)性分析純HAART治療下病毒的耐藥變異研究顯示:HIV病毒基因呈高突變以抵抗抗病毒治療的藥物壓力,已經(jīng)確定的與6類艾滋病抗病毒藥物耐藥的有關(guān)HIV基因突變有200多個(gè),其中50多個(gè)逆轉(zhuǎn)錄酶(Reversetranscriptase,RT)基因的突變與核苷類逆轉(zhuǎn)錄酶抑制劑(Nucleosid reverse transcriptase inhibitor,NRTIs)的耐藥有關(guān),包括M184 V、TA Ms、非核苷類似物的耐藥相關(guān)突變,多核苷耐藥性突變以及一些附屬突變;40多個(gè)RT基因的突變與非核苷類逆轉(zhuǎn)錄酶抑制劑(Non-nucleoside reverse tran-scriptase inhibitor,NNRTIs)的耐藥有關(guān),包括主要的原發(fā)和繼發(fā)突變,非多態(tài)性次要突變以及多態(tài)性附屬突變;60多個(gè)突變與蛋白酶抑制劑(Protease inhibitor,PIs)的耐藥有關(guān),耐藥變異對(duì)病毒的生物學(xué)特性產(chǎn)生了不同程度的影響[21~35]。通過全基因組序列分析HIV病毒在選擇性壓力下的變異情況的研究也有相關(guān)報(bào)告[36~39]。但這些位點(diǎn)或序列的變異研究?jī)H處于橫斷面,未對(duì)病毒基因組進(jìn)行不同時(shí)間點(diǎn)變化情況的分析研究。而中藥聯(lián)用HAART治療、純中藥治療下,HIV-1病毒基因組變異情況;以不同治療策略下群體HIV-1病毒基因組序列變化差異為目標(biāo)來(lái)研究作用機(jī)制的,國(guó)內(nèi)外未見報(bào)道。
3 通過研究中醫(yī)藥、中西醫(yī)藥合用治療時(shí),HIV病毒基因組序列的變異規(guī)律,探索多位點(diǎn)變異和治療方法的內(nèi)在聯(lián)系,對(duì)從病毒基因水平闡釋不同治療策略的抗HIV作用機(jī)制有重要意義,在分析HIV-1基因的致病能力、分子流行病學(xué)和開發(fā)靶向抗病毒藥物及疫苗具有積極的應(yīng)用前景。
目前,由于尚無(wú)大樣本HIV-RNA病毒基因組變化的基礎(chǔ)信息,人們對(duì)HIV-1的基因變異規(guī)律及其與宿主免疫系統(tǒng)相互作用的過程缺乏相對(duì)完整認(rèn)識(shí),不能全面揭示HIV-1全基因組遺傳變異與疾病進(jìn)展的內(nèi)在聯(lián)系。己有的研究大多數(shù)是探討HIV-1基因中某一部分的變異情況與病情演變的關(guān)系,并沒有對(duì)不同群體樣本基因組序列變化情況進(jìn)行研究。雖然歐美國(guó)家對(duì)于其流行的毒株己有了一定的研究,但目前在國(guó)際HIV序列數(shù)據(jù)庫(kù)收錄的1800條HIV病毒近基因組序列中,只有46條是來(lái)自中國(guó),同時(shí),獲得病毒基因全序列的技術(shù)方法也有待改進(jìn),因此如何確保得到的全長(zhǎng)基因完整性成為現(xiàn)今急需解決的問題。
通過研究不同治療策略下,HIV病毒基因組序列的變異規(guī)律,構(gòu)建大樣本HIV-1基因組序列數(shù)據(jù)庫(kù),可在HIV-1病毒組學(xué)方面獲得以下重要信息:
基因組學(xué)方面,可對(duì)同月份不同治療策略所取樣本進(jìn)行基因組與HIV Database做比對(duì),發(fā)現(xiàn)snp,indel位點(diǎn),水平基因轉(zhuǎn)移的發(fā)生,并進(jìn)一步研究這些位點(diǎn)的變化,對(duì)病毒致病性,耐藥性的影響;對(duì)所有病毒的基因組進(jìn)行core and pan geno me分析,發(fā)現(xiàn)HIV病毒的保守基因,作為藥物治療研究的潛在基因靶位點(diǎn);對(duì)所有月份病毒基因組與HIV Database做比對(duì),使用treebest軟件進(jìn)行系統(tǒng)發(fā)育構(gòu)建,并進(jìn)行Ka/ks分析,對(duì)HIV病毒的系統(tǒng)發(fā)育及不同選擇壓力下變異的情況進(jìn)行研究。RNA病毒變異很大,在同個(gè)樣品中存在類似“種群”的多種亞型,通過高深度測(cè)序,測(cè)得盡可能全面的亞型后,分析在不用樣品中各種不同“亞型”的分布比例。通過生物信息學(xué)方法的比較,獲得每個(gè)樣品中種群變化的信息,全面關(guān)聯(lián)藥物使用讓HIV的變化,包括主要“亞型”的變化,“亞型”組成的變化等,分析藥物對(duì)HIV可能作用的位點(diǎn),并探索在不同選擇壓力下,HIV進(jìn)化、變異的區(qū)別。
轉(zhuǎn)錄組學(xué)方面,可對(duì)相同月份,不同的治療策略下的病毒樣品進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組研究,發(fā)現(xiàn)致病性較強(qiáng)的病毒與致病性較弱的病毒基因表達(dá)的差異,結(jié)合患者及病毒的特點(diǎn),發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致致病性減弱的原因,并作為治療HIV病毒侵染的可能手段。
基于以上的結(jié)果分析,可發(fā)現(xiàn)HIV-1感染者接受不同干預(yù)措施后HIV-1基因組序列差異,初步分析多位點(diǎn)變異和治療方法的內(nèi)在聯(lián)系,我們可從病毒基因水平闡釋不同治療策略的抗HIV作用機(jī)制,探索抗HIV病毒新的和可能的靶點(diǎn),為中西醫(yī)結(jié)合治療艾滋病提供臨床應(yīng)用的基礎(chǔ)支持,為我國(guó)HIV-1感染的預(yù)防、診斷、監(jiān)測(cè)和治療提供重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù),在分析HIV-1基因的致病能力、分子流行病學(xué)和開發(fā)靶向抗病毒藥物及疫苗具有重要的應(yīng)用前景。
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